Внешняя Солнечная система заполнена жидкой водой. Под ледяной коркой четвертого по величине спутника Юпитера, Европы, скрывается соленый океан, в котором больше воды, чем во всех океанах Земли вместе взятых. Подземное море на спутнике Сатурна Энцеладе извергает в космос шлейфы водяного пара. Есть заманчивые намеки на то, что океаны могут существовать и на Ганимеде, Каллисто, Титане и других далеких лунах.
Теперь еще одна луна, похоже, тайно затоплена. Спутник Сатурна Мимас, известный своим сверхъестественным сходством с Звездные войны Звезда Смерти может содержать жидкую воду под своей ледяной оболочкой. Если это правда, подобные моря могут скрываться на виду, а внешняя Солнечная система может оказаться гораздо более пригодной для жизни, чем считалось ранее.
В 2014 году ученые впервые опубликовали доказательства того, что Мимас может быть водным миром, погрузив сообщество в десятилетние дебаты. Многие, в том числе Алисса Роден, планетолог, ныне работающая в Юго-Западном исследовательском институте в Боулдере, штат Колорадо, очень скептически относились к такой возможности. Их рассуждения были просты: на сильно кратерированной поверхности Мимаса не было никаких признаков внутреннего океана. Как и в случае с Энцеладом, гравитация Сатурна должна взбалтывать океанские воды на Мимасе, вызывая появление больших трещин на поверхности льда. Таких переломов не наблюдалось.
Теперь ситуация могла измениться. Два исследования, одно Родена и его коллег, а другое Валери Лейни из Парижской обсерватории и его коллег, убедительно доказывают существование океана и даже объясняют загадку на поверхности. В совокупности исследования показывают, что на Мимасе может быть молодой и меняющийся океан. Если это так, то это открывает перспективу того, что внешняя Солнечная система будет изобиловать активностью. Эта возможность больше всего волнует Родена, который говорил с Познаваемый Журнал о потенциальном океане и о том, почему он может быть таким благом для ученых.
Этот разговор был отредактирован для обеспечения длины и ясности.
Что мы знаем об этих скрытых океанах?
Во многом они похожи на наши — по крайней мере, в том, что они, скорее всего, состоят из соленой воды.
Мы знаем, что эти океанские миры имеют ледяную поверхность из-за их яркого внешнего вида, что подтверждается измерениями с помощью телескопов и космических аппаратов, которые обнаруживают следы водяного льда. Некоторые океанские спутники даже имеют настолько низкую плотность, что, вероятно, в их недрах к скалам примешан водяной лед. Под воздействием тепла водяной лед тает в жидкую воду, которая разрушает горные породы и создает соленую воду. На Энцеладе соленая вода удобно выбрасывается в космос.
Учитывая, насколько холодно во внешней Солнечной системе, что генерирует тепло?
На первый взгляд может показаться, что о далеких океанах не может быть и речи. Так далеко от Солнца трудно найти тепло, способное растопить лед. Но благодаря гравитационной причуде внешняя Солнечная система может быть довольно мягкой.
Рассмотрим Юпитер и его спутник Европу. Юпитер оказывает на Европу сильную гравитационную силу, вытягивая Европу в направлении Юпитера. Поскольку орбита Европы эксцентрична — она сначала приближается к Юпитеру, а затем уходит дальше — Европа со временем растягивается и освобождается. Это создает трение внутри, которое обеспечивает тепло, необходимое для поддержания жидкого океана.
Впервые мы увидели намеки на то, что на Европе может быть подземный океан, когда миссия «Вояджер» пролетела мимо Юпитера в 1979 году. Европа не похожа на нашу Луну или даже на большинство тел во внутренней части Солнечной системы. Его ледяная поверхность не имеет большого количества кратеров, а вместо этого покрыта перекрещивающимися линиями и осколками, которые смещаются. Вам не нужно очень внимательно смотреть на это, чтобы представить, что там происходит что-то другое.
Вы упоминаете особенности поверхности. На какие еще доказательства мы полагаемся, чтобы обнаружить скрытый океан?
Один из способов — посмотреть на магнитные поля. Поскольку соленая вода является электропроводной, она может создавать магнитное поле вокруг Луны, которое нарушает магнитное поле планеты. Это главное доказательство существования подземного океана Европы.
Но одного этого недостаточно. Именно сочетание доказательств приводит нас к выводу, что океан существует. Мы могли бы также рассмотреть, например, измерения количества соли на поверхности и то, как гравитация Луны воздействует на космический корабль. Поскольку плотность камня или жидкого металла отличается от плотности жидкой воды, размер этих буксиров дает подсказку о материале, а также о том, где на Луне он сконцентрирован.
Или мы могли бы просто представить, как лицо Луны меняет направление на протяжении всей своей орбиты. Как правило, эти маленькие спутники всегда смотрят на свою родительскую планету одним и тем же лицом, как и наша Луна. Но по мере того, как луна движется по своей орбите, направление, которое она указывает, может немного смещаться вперед и назад, создавая шимми в видимой части. Степень этого шимми зависит от интерьера. Ледяной панцирь над океаном может двигаться более свободно, чем ледяной панцирь на вершине скалы, поэтому изменения, как правило, более значительны. Именно так на Энцеладе был обнаружен океан. И это одно из лучших доказательств наличия океана в Мимасе.
Давайте поговорим о Мимасе. Как вам удалось изучить Луну?
Я провел около десяти лет, работая над Европой и другими ледяными лунами, когда в 2014 году вышла статья Мимаса. Эта статья измерила это шимми, или либрацию, когда видимая часть Луны смещается, предполагая, что на Мимасе либо находится подземный океан, либо ядро странной формы.
Но океан казался невозможным. Мимас очень похож на нашу Луну, с сильно кратерированной поверхностью. Здесь не было никаких пересекающихся линий или обломков, как в Европе. И уж точно это были не гейзеры, подобные Энцеладу. Итак, я взглянул на Мимаса и сказал: «Это ни в коем случае не океанская луна». И все же я понял, что не могу опровергнуть эту идею.
Я помнил о Мимасе на протяжении многих лет, пока в конце концов не составил статью для Ежегодный обзор наук о Земле и планетахв 2023 году. Эта статья исключила несколько океанских сценариев и оставила только один вариант: океан, который сформировался недавно, намного позже самого Мимаса. Молодой океан может быть скрытным. Но это была всего лишь гипотеза.
Одна и та же грань Луны всегда обращена к Земле, но со временем она может слегка смещаться вперед и назад из-за наклона и формы орбиты Луны. Это колебание называется либрацией. Это видео НАСА также показывает фазы Луны.
ИСТОРИЯ: СТУДИЯ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ НАСА.
Как последняя работа изменила картину?
В начале 2024 года Валери Лейни и его группа сообщили о новых наблюдательных данных в пользу наличия океана на Мимасе. Они смотрели не на либрацию, а на изменения орбиты Мимаса во времени — изменения, которые зависят от внутренней структуры. Они обнаружили, что эти изменения нельзя объяснить ядром странной формы, поэтому наиболее жизнеспособным вариантом остается океан.
Исследование моей команды, опубликованное в июне, объяснило отсутствие видимых поверхностных трещин. Мы утверждаем, что океан настолько молод — ему всего 10 миллионов лет — что он лишь недавно перестал расти. Мы думаем, что приливных напряжений молодого бурлящего океана может быть недостаточно, чтобы расколоть лед наверху. Вместо этого необходим стресс, который возникает, когда океан в конце концов снова замерзает. Поскольку Мимас теряет тепло, поскольку его орбита со временем становится менее эксцентричной, повторное замерзание, которое на Мимасе только начинается, приведет к растрескиванию вышележащего льда.
Исследования показывают, что в конечном итоге Мимас, вероятно, потеряет свой океан, что немного печально, поскольку его только начинают узнавать. Но с другой стороны, Мимас может стать новым Энцеладом — новым самым холодным спутником Сатурна — с глубокими трещинами и, возможно, даже струями воды.
Каковы общие последствия этого исследования?
Меня это интересует с геофизической точки зрения. Мы думаем о самых ранних эпохах в нашей Солнечной системе как о жарких временах, когда происходит вся активность, а затем все развивается в сторону более спокойного состояния. Спутник Плутона Харон мог потерять океан. А океаны Европы и Ганимеда довольно старые. Что луна могла образовать новый океан уже на протяжении всей своей истории, и что мы могли это наблюдать? Это захватывающе! Это открывает возможность того, что любой мир, в том числе мир со старой, покрытой кратерами поверхностью, может проходить через аналогичный переход.
Также существует интерес к обитаемости — подходят ли эти океаны для поддержания жизни. В настоящее время мы не знаем, являются ли какие-либо океаны Солнечной системы, кроме нашего собственного, пригодными для жизни, были ли они обитаемы или обитаемы в настоящее время. Но если на Мимасе действительно есть океан, мы сможем увидеть, как развиваются эти миры и даже как создаются и исчезают среды обитания. Замечательно иметь возможность видеть эти процессы по мере их возникновения, а не всегда рассматривать конечные состояния вещей, которые произошли давным-давно.
Посмотрите, как художник представил, как «Исследователь ледяных лун Юпитера», или «Сок», развернулся после запуска в апреле 2023 года. Ожидается, что миссия Европейского космического агентства Juice прибудет к Юпитеру в 2031 году и потратит не менее трех лет на сбор данных о ледяных спутниках гигантской планеты.
Какие предстоящие миссии могут рассказать нам больше?
Европейское космическое агентство уже запустило аппарат Jupiter Icy Moons Explorer, или Juice, который проведет подробные наблюдения за Европой, а также за спутниками Ганимедом и Каллисто, на которых видны намеки на океаны. А осенью 2024 года НАСА отправит Europa Clipper на орбиту вокруг Юпитера, чтобы определить, есть ли на Европе условия, пригодные для жизни.
Система Урана, занимающая важное место в повестке дня будущей миссии НАСА, является местом, где я вижу наибольшее значение для этой недавней работы. Она удивительно похожа на систему Сатурна, в том числе содержит богатые льдом спутники среднего размера, похожие на Мимас и Энцелад. Если на Мимасе есть молодой океан, нетрудно предположить, что водные миры могут существовать и среди спутников Урана.
