Patreon
Patreon

Прихований океан. Чи може виникнути життя у воді під крижаним панциром?

Кілька днів тому ми писали, що глибина найбільшого моря на Титані може сягати понад 100 метрів. Щоправда, це море наповнене рідкою сумішшю метану, етану та азоту, а не водою. Але цілком можливо, що Титан приховує ще одну водойму — глобальний океан під 50-кілометровим шаром своєї поверхні. Астрономи припускають, що такі самі середовища існують і на інших супутниках газових гігантів, а також карликових планетах Сонячної системи. І хоча ми майже не досліджували навіть найближчі до нас підповерхневі океани, їх варто шукати й за межами Сонячної системи. Адже цілком можливо, що саме вони стали колискою для примітивних позаземних організмів.

Океани Сонячної системи

Найбільш відомий серед супутників із підповерхневими океанами Енцелад, що обертається довкола Сатурна. Існування води під його крижаним покривом вперше зафіксував апарат «Кассіні» у 2005 році, побачивши водяні викиди з південного полюсу супутника. Кожну секунду з характерних розломів, що дістали назву «тигрові смуги», виривалося близько 250 кілограмів пари. Подальші дослідження показали, що крижана скорина у цьому полярному регіоні найтонша та становить усього 2-5 кілометрів, тоді як в інших областях супутника товщина крижаного покриву складає від 18 до 22 кілометрів. Спершу вважалося, що океан на Енцеладі займає лише невелику площу біля південного полюсу, але останні дослідження говорять про те, що він глобальний та глибокий. І до того ж, теплий, адже нагрівається за рахунок внутрішніх процесів у надрах супутника. А нещодавно тут відшукали молоду кригу, яка вказує на гарячі точки підповерхневого океану.

Космічний апарат «Кассіні» пролітає крізь шлейфи Енцелада. NASA/JPL-Caltech

Космічний апарат «Кассіні» пролітає крізь шлейфи Енцелада. NASA/JPL-Caltech

«Кассіні» також вдалося проаналізувати склад води, яка фонтанує з гейзерів Енцелада. Для цього зонд просто пролетів крізь ці шлейфи частинок. Виявилося, що у них знаходяться солі, сода, діоксид кремнію, діоксид вуглецю, аміак, метан та інші вуглеводні органічні сполуки. Схожий склад мають кілька озер на Землі: Магаді у Кенії та Моно у Каліфорнії. І так, у цих озерах вирує життя.

Проаналізувавши кількість тепла, що виділяє Енцелад, вчені дійшли висновку, що його достатньо для підтримки рідкого океану під поверхнею супутника протягом мільярдів років. Втім, сам супутник, скоріш за все, існує набагато менше — на це вказує його геологічно молода поверхня. Отже, у життя, якщо воно сформувалося у надрах Енцелада, не було багато часу для розвитку. Тим не менш, теплий та солоний глобальний океан із органічними сполуками робить цей супутник одним з найбільш перспективних місць для пошуку позаземних організмів.

Постери з серії «Visions of the Future». Jet Propultion Laboratory. NASA/JPL

Постери з серії «Visions of the Future». Jet Propultion Laboratory. NASA/JPL

Європа, супутник Юпітера, також ховає океан під своєю поверхнею. Дані апаратів «Вояджер» та «Галілео» вказують на те, що кора Європи рухається, отже, вона спирається на рідке середовище. Товщина крижаного покриву супутника складає 15-30 кілометрів, а океан під ним сягає до 100 кілометрів у глибину. Отже, об’єм води тут втричі більший, ніж об’єм води усіх океанів Землі. Моделювання геохімічного складу надр супутника демонструє, що в океані Європи можуть бути мінерали. Рідкий стан води тут підтримується за рахунок гравітації Юпітера, до якого Європа знаходиться дуже близько. Але, як припускають вчені, більшою мірою тепло у цьому середовищі генерує взаємодія галілеєвих супутників між собою: Іо, Європи, Ганімеда та Каллісто. Усі вони приховують океани під своїми поверхнями, але на Іо він складається з розплавлених силікатів, а не води.

Інші супутники газових гігантів Сонячної системи також мають таку рису. Це, зокрема, Мімас, Діона і Тритон. Ще одним типом астрономічних тіл, де можуть існувати рідкі океани під поверхнею, є карликові планети. У вересні 2020 року вчені опублікували результати дослідження Церери, найбільшого об’єкта у поясі астероїдів між Марсом та Юпітером. У минулому під поверхнею Церери існував океан, однак те, чи присутня частина цього океану і досі, лишалося незрозумілим. Апарат Dawn, що перебував на її орбіті з 2015 по 2018 роки, вивчав карликову планету на відстані лише 35 кілометрів над поверхнею. Зокрема, він детально знімав кратер Оккатар, якому усього 20 мільйонів років, та провів його спектральний аналіз. Виявилося, що кратер містить гідратований хлорид натрію, що говорить про існування під ним рідкої солоної води. Розломи на поверхні кратера вказують на те, що океан знаходиться на 40 кілометрів нижче поверхні. Його точні розміри поки що невідомі.

Підповерхневі океани Енцелада, Церери, Європи та Каллісто. NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Підповерхневі океани Енцелада, Церери, Європи та Каллісто. NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Полювання на екзомісяці

Зараз пошук позаземних організмів зосереджується на екзопланетах, що потрапляють у придатну для життя зону своєї зірки. Саме у цій зоні можливе існування рідкої води. Але крижані супутники Сонячної системи містять рідку воду під своїми поверхнями, хоча й знаходяться за межами цієї зони. Джерелами тепла для таких підповерхневих океанів часто слугують припливні сили: вони розтягуються та стискаються під дією гравітації своїх планет. До того ж, кора захищає надра цих супутників від космічної радіації не гірше, ніж щільна атмосфера. Отже, існування життя у таких середовищах цілком можливе. Варто зазначити, що тут можуть виникнути лише примітивні організми. Наприклад, такі, що мешкають навколо геотермальних джерел у глибинах океанів Землі.

Екзосупутник. Nick Oberg

Екзосупутник. Nick Oberg

Отже, нам варто розширити параметри своїх пошуків, але як можна зафіксувати супутник екзопланети, та ще й дізнатися, чи є у його надрах океан?

Астрономи знайшли більшість екзопланет за допомогою транзитного методу. Вони спостерігають за зіркою та фіксують падіння у її яскравості, що відбуваються через проходження планети перед її диском. На жаль, цей метод не спрацює із екзосупутниками. Втім, можна відслідковувати зміни у часі транзиту планети. Якщо екзопланета обертається навколо світила сама, цей час не буде змінюватися, але якщо біля неї є супутник, вчені фіксуватимуть істотні транзитні коливання. Для таких пошуків у першу чергу слід звертати увагу на газові гіганти за межами Сонячної системи, адже ці масивні екзопланети можуть мати кілька невеликих супутників.

Землеподібний супутник, що обертається навколо екзопланети. NASA / JPL-Caltech

Землеподібний супутник, що обертається навколо екзопланети. NASA / JPL-Caltech

У такий спосіб вчені відкрили шість нових кандидатів у екзосупутники в червні 2020. Але він ненадійний. Досить часто зміни в транзиті на орбіті навколо світила говорять про наявність інших планет, а не супутників. Перевірити це можна було б за допомогою прямих спостережень, але жоден з існуючих телескопів на таке не здатен. Отже, поки що у людства немає надійних методів полювання на екзосупутники, але вчені працюють над цим.

З’ясувати, чи є океан під поверхнею екзосупутників, буде ще складніше. Європейські вчені вивели для цього спеціальну формулу, яка враховує діаметр супутника, відстань від нього до його планети, товщину і теплопровідність зовнішнього шару поверхні. Перші два параметри можна виміряти, а інші доведеться обчислювати, базуючись на знаннях про супутники Сонячної системи. Також індикатором рідкої води під поверхнею можуть слугувати гейзери.

Дослідники сподіваються, що нові потужні телескопи допоможуть у полюванні на екзосупутники. Крім того, необхідно детально вивчити підповерхневі океани у нашій Сонячній системі. Найближча серед запланованих місій — JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) від Європейського космічного агентства. Її старт очікується у 2022 році, вона вивчатиме Ганімед, Каллісто та Європу. Ще один проєкт — Europa Clipper. Він належить NASA. Його програма передбачає висадку модуля на поверхню Європи, а старт запланований на 2024 рік.