Новая теория предполагает, что у Европы есть богатый кислородом океан, очень похожий на земной

Луна Юпитера Европа - главный кандидат на поиск жизни. Замерзшая луна имеет подповерхностный океан, который, как показывают данные, теплый, соленый и богат химическими веществами, способствующими развитию жизни.

Новые исследования показывают, что луна тянет кислород вниз под свою ледяную оболочку, где он может питать простую жизнь.

Вопрос о том, может ли Европа поддерживать жизнь в своем подповерхностном океане, является весьма спорным, и эта дискуссия, по сути, остается нейтральной до тех пор, пока НАСА не отправит туда Europa Clipper.

Миссия на Европу должна быть тщательно разработана, и НАСА основывает часть проекта на том, какие конкретные вопросы ученые хотят, чтобы "Клипер" изучил. Мы не можем отправить космический аппарат на Европу и попросить его найти жизнь.

НАСА разрабатывает миссии, имея в виду большие вопросы, но они могут ответить только на более мелкие, конкретные вопросы. Поэтому ученые изучают различные аспекты Европы и проводят моделирование, чтобы уточнить вопросы, на которые должна ответить миссия.

Один из этих вопросов - кислород. Он может стать последней деталью в понимании пригодности Европы для обитания.

На Европе есть, или мы думаем, что есть, почти все, что нужно для поддержания жизни. Вода - главный ингредиент, и она в изобилии содержится в ее подповерхностном океане. На Европе больше воды, чем в океанах Земли.

Она также обладает необходимыми химическими питательными веществами. Жизни нужна энергия, а источником энергии для Европы является приливное воздействие Юпитера, которое нагревает ее внутреннюю часть и не дает океану замерзнуть. Для большинства ученых это вполне установленные факты.

Замерзшая луна также имеет кислород на своей поверхности - еще один интригующий намек на возможность обитаемости. Кислород образуется, когда солнечный свет и заряженные частицы Юпитера падают на поверхность луны.

Но есть проблема: толстый ледяной покров Европы является барьером между кислородом и океаном. Поверхность Европы покрыта льдом, поэтому любая жизнь должна находиться в ее огромном океане.

Как кислород может попасть с поверхности в океан?

Согласно новому научному письму, бассейны соленой воды в ледяной оболочке Европы могут переносить кислород с поверхности в океан. Исследование под названием "Нисходящий транспорт окислителей через ледяную оболочку Европы путем перколяции рассола, обусловленной плотностью" опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Ведущий автор - Марк Хессе, профессор кафедры геологических наук Школы геонаук UT Jackson School of Geosciences.

Эти соленые бассейны существуют в тех местах оболочки, где часть льда тает из-за конвекционных течений в океане. Над этими бассейнами формируется знаменитый и фотогеничный хаосный рельеф Европы.

Рельеф хаоса покрывает около 25 процентов замерзшей поверхности Европы. Хаосный рельеф - это когда хребты, трещины, разломы и равнины смешаны вместе.

Пока нет четкого понимания точных причин возникновения хаоса, но, скорее всего, он связан с неравномерным нагревом и таянием подповерхностного слоя. Некоторые из самых знаковых снимков Европы демонстрируют эту необычайно красивую особенность.

Ученые считают, что толщина ледяного щита Европы составляет от 15 до 25 километров (10-15 миль). Исследование 2011 года показало, что хаотический рельеф на Европе может располагаться над огромными озерами жидкой воды, находящимися на глубине всего 3 км (1,9 мили) подо льдом.

Эти озера не связаны напрямую с подповерхностным океаном, но могут впадать в него. Согласно новому исследованию, жидкие озера могут смешиваться с поверхностным кислородом и со временем доставлять большое количество кислорода в более глубокий подповерхностный океан.

"Наше исследование переводит этот процесс в область возможного", - сказал Хессе. "Оно дает решение того, что считается одной из нерешенных проблем обитаемости подповерхностного океана Европы".

Исследователи показали, как кислород переносится через лед в их моделировании.

Выше: Этот рисунок показывает, как генерируются и распределяются окислители в поверхностном льду Европы. Радиолиз расщепляет H2O на H2 и O, при этом O рекомбинирует в O2. Часть O2 выбрасывается в атмосферу луны, но большая часть возвращается в ледяной реголит и задерживается в пузырьках. Пузыри являются доминирующим приповерхностным резервуаром для окислителей. За тысячи лет пузырьки могут попасть в океан.

Насыщенный кислородом рассол перемещается в подповерхностный океан в волне пористости. Волна пористости переносит рассол через лед, на мгновение расширяя поры во льду, а затем быстро запечатывая их снова. В течение тысяч лет эти волны пористости переносят богатый кислородом рассол в океан.

Связь между хаотичным рельефом и переносом кислорода до конца не ясна. Но ученые полагают, что конвективные подъемы, вызванные приливным нагревом, частично растапливают лед, проявляясь в виде хаоса на поверхности. Лед под рассолом должен быть расплавлен или частично расплавлен, чтобы богатый кислородом рассол мог стекать в океан.

"Для того чтобы эти рассолы могли стекать, подстилающий лед должен быть проницаемым и, следовательно, частично расплавленным. Предыдущие исследования показывают, что приливной нагрев повышает температуру апвеллинга в конвектирующей части ледяной оболочки Европы до температуры плавления чистого льда", - пишут авторы.

"Учитывая, что хаотические рельефы, вероятно, формируются над диапирическими апвеллами, можно предположить, что лежащий под ними лед частично расплавлен", - говорится в письме. Присутствие NaCl в соединяющем льду, вероятно, усиливает расплавление".

Поверхность Европы очень холодная, но не настолько, чтобы замерзнуть настолько быстро, чтобы кислород не мог переноситься в рассолах. На полюсах Луны температура никогда не поднимается выше минус 220 C (370 F.).

Но результаты модели "...показывают, что замерзание на поверхности происходит слишком медленно, чтобы остановить дренаж рассола и предотвратить доставку оксидантов во внутренний океан".

Хотя поверхностный лед Европы прочно замерз, лед под ним является конвективным, что задерживает замерзание. А некоторые исследования показывают, что морское дно может быть вулканическим.

В исследовании говорится, что около 86 процентов кислорода, поглощенного на поверхности Европы, попадает в океан. За историю существования Луны этот процент мог сильно измениться.

Но самая высокая оценка, полученная с помощью модели исследователей, создает богатый кислородом океан, очень похожий на земной. Может ли что-то жить подо льдом?

"Заманчиво думать, что подо льдом живут какие-то аэробные организмы", - сказал соавтор исследования Стивен Вэнс, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) и руководитель группы планетарных интерьеров и геофизики.

Кевин Хэнд - один из многих ученых, проявляющих большой интерес к Европе, ее потенциалу для жизни и предстоящей миссии Europa Clipper. Хэнд - ученый НАСА/JPL, чья работа посвящена Европе. Он надеется, что Гесс и его коллеги-исследователи решили проблему кислорода в океанах замерзшей луны.

"Мы знаем, что на поверхности Европы есть полезные соединения, такие как кислород, но попадают ли они в океан, где жизнь может их использовать?" - спрашивает он. "В работе Гесса и его коллег ответ, похоже, положительный".

Какие вопросы может задать Europa Clipper, чтобы подтвердить эти выводы?

Клипер" - это первая миссия, предназначенная для изучения Европы. Мы думаем, что знаем о Европе многое, что еще не удалось подтвердить. Клипер" предназначен для решения трех больших задач:

- Исследовать состав океана, чтобы определить, есть ли в нем компоненты, необходимые для поддержания жизни.
- Исследовать геологию луны, чтобы понять, как сформировалась ее поверхность, включая хаотический рельеф.
- Определить толщину ледяного панциря и выяснить, есть ли внутри и под ним жидкая вода. Они также определят, как океан взаимодействует с поверхностью: Поднимается ли что-нибудь в океане через оболочку наверх? Попадает ли какой-либо материал с поверхности в океан?

Последнее относится к потенциальному переносу кислорода с поверхности в океан. На борту Europa Clipper будут находиться десять приборов, которые будут работать вместе, чтобы ответить на эти вопросы.

Особенно интересен прибор MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa (MASPEX), когда речь идет о переносе кислорода на Европе.

"MASPEX позволит получить важнейшие ответы от газов вблизи Европы, такие как химия поверхности, атмосферы и предполагаемого океана Европы", - поясняется на веб-странице прибора. "MASPEX изучит, как излучение Юпитера изменяет соединения поверхности Европы и как поверхность и океан обмениваются материалами".

MASPEX и остальные инструменты Europa Clipper могут подтвердить перенос кислорода с поверхности в океан, где он может быть использован жизнью, если она там существует.

Но нам придется подождать некоторое время.

Запуск Europa Clipper запланирован на октябрь 2024 года, а до системы Юпитера он доберется только через 5,5 лет. Ожидается, что научная фаза полета продлится четыре года. Таким образом, может пройти 2034 год, прежде чем мы получим все данные.

А пока подобные исследования разжигают наш аппетит.