Ледяной спутник Юпитера Европа уже много лет считается одним из главных кандидатов на поиск внеземной жизни. Под толщей льда, как полагают ученые, скрывается глобальный океан жидкой воды. Однако новое исследование показало, что попасть воде из этих глубин к поверхности значительно сложнее, чем предполагалось ранее.
Работу возглавил ученый Ратгерского университета Луджендра Оджа. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy. Исследователи с помощью компьютерного моделирования проверили, может ли вода из подледного океана подниматься по трещинам в ледяной оболочке и формировать неглубокие подземные резервуары. Такие скопления жидкости могли бы значительно облегчить их изучение будущими космическими аппаратами.
«Главный вопрос заключался в том, способна ли вода пройти путь от глубокого океана к поверхности, не замерзнув по дороге», — пояснил Луджендра Оджа.
Моделирование показало, что подобный сценарий маловероятен. По словам исследователей, ледяная оболочка Европы оказывается гораздо более надежной преградой между океаном и поверхностью, чем предполагалось в предыдущих работах.
Если в будущем аппараты обнаружат неглубокие карманы жидкой воды, они могут оказаться не связанными с глобальным океаном. Авторы считают, что такие резервуары способны образовываться в результате локального плавления отдельных участков ледяной коры.
Этот вывод имеет большое значение для оценки потенциальной обитаемости Европы. Именно сочетание воды, химических элементов и источников энергии делает спутник одним из наиболее перспективных объектов для поиска условий, пригодных для жизни. Однако изолированные подповерхностные резервуары могут не содержать информации о глубинном океане.
Исследование опубликовано в период подготовки сразу двух крупных миссий к системе Юпитера. Аппарат NASA Europa Clipper стартовал в октябре 2024 года и должен прибыть к планете в апреле 2030-го. За время работы он выполнит 49 близких пролетов возле Европы. Миссия Европейского космического агентства JUICE отправилась в космос в апреле 2023 года, а прибытие к Юпитеру ожидается в июле 2031 года.
Предполагается, что оба аппарата помогут подробно изучить ледяную оболочку спутника, состав поверхности и наличие подповерхностной воды. Радар Europa Clipper позволит определить существование неглубоких резервуаров, а также оценить их размеры и строение.
Жидкое состояние океана подо льдом поддерживается за счет мощного гравитационного воздействия Юпитера. Постоянное растяжение и сжатие спутника вызывает внутренний нагрев, который сохраняется под толстой ледяной оболочкой.
В новой работе ученые исследовали так называемые дайки — узкие трещины, по которым вода теоретически могла бы подниматься вверх. Подобный механизм напоминает движение магмы через разломы земной коры, однако на ледяных мирах вместо расплавленной породы участвуют вода и лед. Такой процесс называют криовулканизмом.
Оджа отметил, что полностью сравнивать эти процессы нельзя. По его словам, свойства воды и льда принципиально отличаются от поведения лавы.
Одним из ключевых факторов исследования стала турбулентность. Если прежние модели предполагали относительно спокойное движение воды, то новое моделирование показало, что поток должен быть хаотичным. Постоянное перемешивание ускоряет передачу тепла окружающему льду, из-за чего вода быстро охлаждается.
«Поднимающаяся вода будет двигаться турбулентно, с вихрями и постоянным перемешиванием. Из-за этого она очень быстро теряет тепло по мере приближения к поверхности», — отметил Луджендра Оджа.
При охлаждении ниже точки замерзания вода способна оставаться жидкой, однако в ней начинают образовываться кристаллы фразильного льда. Со временем они могут полностью закупорить трещину. Расчеты показали, что узкие каналы способны замерзнуть всего за несколько часов.
Даже более широкие трещины, способные пропускать большие объемы воды, оказываются малоэффективными из-за турбулентности. По данным моделирования, для образования некоторых наблюдаемых структур на поверхности Европы потребовались бы слишком длинные или чрезвычайно многочисленные разломы, что исследователи считают маловероятным.
Авторы пришли к выводу, что возможная жидкая вода под поверхностью Европы, скорее всего, формируется независимо от глобального океана, возникая при локальном плавлении ледяной оболочки. По мнению Луджендры Оджи, результаты помогут будущим миссиям точнее интерпретировать полученные данные и определить наиболее перспективные районы для поиска признаков потенциальной обитаемости спутника.
