Подлёдный океан Европы оказался труднодоступнее, чем думали учёные

Европа, ледяная луна Юпитера, давно привлекает учёных своим скрытым океаном жидкой воды под ледяной коркой. Этот океан делает Европу одним из самых перспективных мест в Солнечной системе для поиска условий, пригодных для жизни. Однако новое исследование под руководством планетолога Луджендры Ойхи из Университета Рутгерса показало, что один из самых многообещающих путей к этому океану может быть гораздо сложнее, чем считалось ранее. Об этом сообщает портал Phys.org.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, Ойха и его коллеги использовали компьютерное моделирование, чтобы проверить, может ли жидкая вода из глубокого океана Европы подниматься по трещинам во льду и скапливаться в неглубоких резервуарах ближе к поверхности. Такие резервуары, если они существуют, могли бы быть легче обнаружены или взяты пробы будущими миссиями, чем океан, погребённый глубоко внизу.

«Загадка, которую мы хотели решить, заключалась в том, возможен ли этот путь на самом деле, — сказал Ойха, адъюнкт-профессор кафедры наук о Земле и планетах Школы искусств и наук Рутгерса. — Может ли жидкая вода подниматься из глубокого океана Европы к поверхности, не замерзая по пути?»

Их вывод: путь от глубокого океана к мелкому льду, вероятно, гораздо труднее, чем предполагали учёные. «Есть ледяная оболочка, под ней вода, и ходит много догадок о том, как эта вода может подниматься из глубоких недр и пробиваться наверх, не замерзая в пути, — сказал Ойха. — Это мы, по сути, и опровергли».

Мелкая вода может ввести в заблуждение

Это открытие имеет важные последствия для будущего исследования Европы. Если под поверхностью луны будут найдены неглубокие карманы жидкой воды, они могут не обязательно содержать воду из глубокого океана Европы. Вместо этого они могли образоваться локально, из льда, расплавившегося внутри самой оболочки.

Это различие имеет значение. Учёные интересуются Европой, потому что жидкая вода, химия и энергия — все это важнейшие ингредиенты в поиске обитаемых сред за пределами Земли. Мелкий резервуар было бы легче достичь, чем глубокий океан. Но если этот резервуар не связан с океаном, он может не раскрыть того, что происходит в самой интригующей среде Европы.

Работа выходит в то время, когда к системе Юпитера направляются две крупные космические миссии. Миссия NASA Europa Clipper стартовала в октябре 2024 года и должна прибыть к Юпитеру в апреле 2030 года, где она будет вращаться вокруг планеты и совершит 49 близких пролётов мимо Европы. Миссия Европейского космического агентства Jupiter Icy Moons Explorer, известная как JUICE, стартовала в апреле 2023 года и должна прибыть к Юпитеру в июле 2031 года.

Вместе эти миссии, как ожидается, дадут учёным гораздо более детальное представление о ледяной оболочке Европы, составе поверхности и возможной подповерхностной воде. Радарный инструмент Europa Clipper может помочь учёным определить, существуют ли мелкие резервуары и как они устроены.

Трещины могут замерзать слишком быстро

Под чрезвычайно холодной поверхностью Европы глобальный океан может оставаться жидким, потому что мощная гравитация Юпитера непрерывно сжимает и растягивает луну, генерируя внутреннее тепло, которое удерживается вышележащей ледяной оболочкой.

Исследование сосредоточено на дайках — узких трещинах или разломах, которые в теории могли бы позволить воде из океана подниматься вверх сквозь лёд. Эта идея отчасти похожа на то, как расплавленная порода движется по трещинам на Земле, питая вулканическую активность. На ледяных мирах этот процесс известен как криовулканизм, или вулканизм с участием льда и воды, а не расплавленной породы.

Ойха сказал, что такое сравнение полезно лишь до определённого предела. «Лёд и жидкая вода принципиально отличаются от лавы и вулканов, которые мы видим здесь, на Земле, — сказал он. — Я думаю, что здесь не хватает некоторой фундаментальной физики, и я хотел это исследовать».

Одним из недостающих элементов, по словам Ойхи, является турбулентность. Более ранние модели часто рассматривали воду, поднимающуюся сквозь лёд Европы, как движущуюся относительно упорядоченно. Но моделирование под руководством Рутгерса показывает, что вода, вероятно, будет двигаться быстро и турбулентно через трещины, смешиваясь с холодными стенками трещины и быстро теряя тепло в окружающий лёд.

«Эта вода, которая будет подниматься, будет турбулентной, — сказал Ойха. — Она будет метаться влево и вправо, вверх и вниз, у неё будет вращательное движение. И когда это происходит, эта жидкая вода очень быстро остывает по мере приближения к поверхности».

По мере остывания вода может стать переохлаждённой, то есть оставаться жидкой даже после падения ниже нормальной температуры замерзания. В таких условиях могут образовываться крошечные кристаллы льда, называемые фразильным льдом, которые накапливаются и закупоривают путь.

Моделирование показывает, что узкие трещины могут замерзать в течение нескольких часов. Более широкие трещины могли бы переносить больше воды в идеальных условиях, но турбулентность делает эти сценарии гораздо менее благоприятными. Исследователи обнаружили, что для доставки достаточного количества воды для формирования некоторых поверхностных особенностей Европы трещины должны быть нереалистично длинными или встречаться в большом количестве.

Более прочный барьер, чем ожидалось

В результате получается картина Европы, в которой мелкая вода, если она присутствует, может иметь иное происхождение, чем надеялись многие учёные. Вместо того чтобы подниматься прямо из океана, вода может образовываться в результате локального нагрева и плавления внутри ледяной оболочки.

«Наша работа показывает, что ледяная оболочка Европы может быть более сильным барьером между океаном и поверхностью, чем предполагалось ранее, — сказал Ойха. — Это помогает будущим миссиям интерпретировать то, что они находят, и лучше понимать, где искать признаки обитаемости».