Космічні безодні. Чи може виникнути життя у воді під крижаним панциром?

Кілька днів тому nauka.ua писала про солоний підповерхневий океан, який знайшли на Церері. Ця карликова планета — не єдиний об’єкт Сонячної системи, що містить воду у своїх надрах.

Океан, що ховається під крижаним панциром, є на декількох супутниках Юпітера та Сатурна. Також вчені не виключають його наявність на Плутоні та інших об’єктах поясу Койпера. І хоча ми майже не досліджували навіть найближчі до нас підповерхневі океани, такі середовища 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 його південного полюсу. 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.

“Кассіні” також вдалося проаналізувати склад води, яка фонтанує з гейзерів Енцелада. Для цього зонд просто пролетів через ці шлейфи частинок. Виявилося, що у воді 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.

Титан — ще один супутник Сатурна, який також може мати підповерхневий океан. Щоправда, дістатися до нього було б набагато важче, ніж на Енцеладі, адже рідка вода, якщо вона тут є, залягає на глибині більше 50 кілометрів. Про можливу наявність океану під корою Титана вчені дізналися, знову-таки, завдяки “Кассіні”. Зонд побачив, що деталі ландшафту супутника змістилися на 30 кілометрів під дією гравітації Сатурна. Отже, кора Титана рухається, а це можливо, якщо під нею знаходиться шар рідини. Втім, підповерхневий океан супутника має бути дуже солоним, схожим на  Мертве море середовищем. Це лишає мало шансів для виживання організмів. Зате на поверхні Титана є справжні моря. Але астробіологам і тут не поталанило: ці моря складаються не з води, а з рідких метану, етану та азоту. 

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. Моделювання геохімічного складу надр супутника демонструє, що в океані Європи можуть бути мінерали. Рідкий стан води підтримується за рахунок гравітації Юпітера, до якого Європа знаходиться дуже близько. 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.

Серед тих об’єктів, що приховують океани під своїми поверхнями, є також інші супутники Сонячної системи: Каллісто, Ганімед, Мімас, Діона, Тритон.

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.

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. 

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 супутника, а старт запланований на 2023 рік.

Юля Трофiмова, nauka.ua