Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

При прохождении мимо Европы зонду «Галилео» удалось провести измерение меняющегося магнитного поля спутника. Оказалось, что благодаря явлению электромагнитной индукции оно постоянно пытается компенсировать изменения в окружающем его магнитном поле планеты. При вращении Юпитера сила влияющего на Европу магнитного поля периодически то увеличивается, то уменьшается. В ответ индуцированное магнитное поле спутника меняет направление на обратное, стараясь сначала ослабить усиливающееся влияние поля планеты, а затем — усилить его[42]. Проведенные «Галилео» измерения этих резких смен подтвердили гипотезу о том, что магнитное поле Европы индуцировано Юпитером и ядро спутника тут ни при чем. Таким образом, спутник способен проводить ток. Следовательно, под слоем льда на его поверхности должен находиться океан соленой воды.

Лед и чистая вода — плохие проводники электричества, так как содержат небольшое количество подвижных заряженных частиц. Но стоит растворить в воде соль, и ситуация меняется. Соль разделяется на положительно и отрицательно заряженные атомы, которые чувствительны к магнитным полям. При усилении и ослаблении окружающего Европу магнитного поля Юпитера эти соляные заряды перетекают, создавая противополе.

Простой лужи соленой воды для создания вторичного магнитного поля такой силы явно недостаточно. Значит, на Европе существует скрытый океан, который покрывает всю ее поверхность, что обеспечивает свободное перемещение частиц. Можно предположить, что под слоем льда толщиной 10 км находится океан глубиной 10–100 км.

Также «Галилео» удалось исследовать гравитационное поле Европы — данные о нем могут рассказать о внутреннем строении спутника. В своих «Математических началах натуральной философии» Исаак Ньютон показал, что гравитационная сила от материи, распределяющейся по сфере правильной формы, идентична силе, исходящей из центра сферы, в котором сосредоточена вся масса. Измерив гравитационное притяжение в разных точках вблизи Европы, «Галилео» смог зафиксировать отклонения от закона Ньютона, что позволило воссоздать реальную структуру недр спутника. Согласно результатам этих измерений, у Европы имеется железное ядро, окруженное мантией из горных пород, поверх которой находится глубокий океан с внешним покровом изо льда. Если большая часть воды там сохраняется в жидкой форме, объем океанов Европы должен в два раза превышать объем воды на Земле.

Учитывая такое обилие воды, может ли под покровом Европы скрываться жизнь? Ученые всерьез рассматривают такую возможность: в следующем десятилетии космические агентства Европы и США планируют начать новые проекты для дальнейшего изучения покрытого льдом спутника.

Несмотря на наличие в недрах воды и действие приливного разогрева, для зарождения жизни на Европе понадобился бы начальный набор органической материи. Через трещины в небольшой по толщине ледяной оболочке вместе с осколками от столкновений с метеоритами в недра спутника извне могли бы проникать органические молекулы. Более того, в этом случае в верхних слоях воды мог бы протекать процесс фотосинтеза. Высокоэнергетические частицы, захваченные сильным магнитным полем Юпитера, также бомбардируют Европу, расщепляя молекулы воды на поверхности на водород и кислород. Гравитация спутника слишком мала, чтобы удержать легкий водород, поэтому он улетучивается. В результате на Европе образуется запас кислорода. Он мог бы быть использован в биологических реакциях окисления, которые, подобно фотосинтезу, способны генерировать необходимую для выживания организмов энергию.

Если ледяной покров Европы достаточно толстый, наиболее вероятной средой обитания для живых форм становится океанское дно. Вокруг гидротермальных выходов могут формироваться экосистемы, подобные тем, что процветают в океанах Земли. Возможность их существования определяется наличием на Европе вулканической активности. Этот спутник Юпитера чуть меньше нашей Луны, на которой отсутствует какая-либо геологическая активность, однако полностью исключать возможность существования гидротермальных выходов не стоит: силы приливного разогрева, обеспечиваемого взаимодействием с Юпитером, может быть достаточно для плавления части мантии Европы.

Если в сердце Европы существует жизнь, найти ее будет совсем непросто. Единственный шанс для нас обнаружить ее в этих условиях — определить наличие поднявшихся с океанического дна органических молекул в ледяном покрове спутника. Если в слое льда есть следы скрытой от наших глаз жизни, их изучение позволит нам сделать вывод о ее природе.

Но, даже если на Европе будет найдена жизнь, она не будет иметь ничего общего с жизнью на Земле. В отличие от Марса, близость которого к Земле означает возможность обмена микробиологическим материалом посредством метеоритов на ранних этапах, расстояние до Европы слишком велико, чтобы можно было допустить возможность такого обмена. Поэтому в случае обнаружения жизни на спутнике Юпитера мы сможем узнать много нового о процессе ее зарождения.

Если мы продвинемся немного дальше Европы, перед нами предстанет самый крупный спутник в Солнечной системе — Ганимед. Третий Галилеев спутник немного крупнее Меркурия, но при этом весит вдвое меньше этой планеты, так как практически половину его объема заполняет лед.

В отличие от Европы, Ганимед обладает собственным магнитным полем, не связанным с явлением электромагнитной индукции. Возможно, источником его, как и источником поля Земли, является расплавленное железное ядро. Этим же может объясняться и наличие на Ганимеде полярного сияния: магнитный щит направляет заряженные частицы к полюсам спутника. Как и Европа, Ганимед покрыт слоем льда. В результате расщепления молекул воды на нем образовалась разреженная атмосфера из кислорода. Если бы вы могли наблюдать небо над Ганимедом с поверхности этого спутника, перед вами предстало бы захватывающее зрелище — полярное сияние красного оттенка, вызванное столкновениями атомов кислорода. Оно и проливает свет на внутреннее строение спутника.

Находясь в пределах внешней части магнитного поля Юпитера, Ганимед испытывает на себе влияние как собственного поля, так и меняющего свою силу поля вращающейся гигантской планеты. В ответ на периодическое усиление и ослабление магнитного поля Юпитера полярное сияние на Ганимеде сдвигается то в одну сторону, то в другую. Согласно расчетам, сдвиг должен составлять около 6%, однако результаты наблюдений с помощью телескопа «Хаббл» показывают, что фактически сияние смещается не столь значительно — всего лишь на 2%. Эту разницу можно объяснить наличием дополнительного индуцированного магнитного поля, похожего на поле Европы, которое противостоит влиянию Юпитера. Существование второго магнитного поля на спутнике доказывает, что под поверхностью Ганимеда также скрывается океан. Такое предположение высказывалось еще во время миссии «Галилео», но полученные аппаратом результаты оказались не столь убедительными, как в случае с Европой. Подтвердилась эта догадка лишь после того, как «Хаббл» зафиксировал на спутнике полярное сияние.