Спутник Юпитера Европа, пожалуй, самое интересное небесное тело в Солнечной системе для астробиологов. Европа немного меньше нашей Луны, но в отличие от нее имеет ледяную поверхность, под которой лежит океан жидкой воды глубиной около ста километров. Существование океана под ледяным щитом Европы можно считать достаточно надежно подтвержденным. Поверхность почти лишена метеоритных кратеров, но изобилует трещинами, разломами и участками «хаотического ландшафта», состоящего из трещиноватых, смешанных и замерзших ледяных глыб. Недра Европы получают мощный приливной нагрев (как и у соседнего спутника Ио, хотя и в меньшей степени), а это значит, что вулканы должны извергаться на дне океана, снабжая океан питательными веществами и источниками энергии — необходимыми условиями для обитаемости. На поверхности Европы царит холод от минус 160 до минус 220 градусов, из-за чего толщина ледяного покрова составляет не менее нескольких километров. Исследование последнего океана будет очень сложной задачей, и в качестве первого шага ученые отправят в систему Юпитера зонд Europa Clipper, который будет изучать Европу и другие луны газового гиганта посредством многочисленных близких облетов. Одной из целей миссии будет исследование ледяной оболочки Европы с помощью радара. Возможности этого метода существенно зависят от состава льда. Примесь соли затруднит проникновение радиоволн, а если скорлупа не очень толстая и состоит из чистого льда, аппарат, возможно, сможет ее просвечивать. Ученые Техасского университета во главе с Натали Вольфенбаргер предполагают, что мантия может содержать меньше соли, чем предполагалось, и причиной тому является подводный снег, который в океане Европы может двигаться снизу вверх.
На Земле ледяной щит над морями растет в основном за счет замерзания воды внизу, на границе лед-вода. В антарктических морях наблюдается еще один механизм, увеличивающий толщину льда – «снег» переохлажденной воды, скапливающийся подо льдом. Какие явления могли быть причиной такого подводного «снегопада»? Температура замерзания воды снижается под давлением – примерно на градус на каждые 130 атмосфер. В земном океане это соответствует увеличению глубины до 1,300 метров, а подо льдами Европы — примерно до 10 километров. На дне Марианской впадины и океана Европы давление почти одинаковое — глубина первого в десять раз меньше, а земное притяжение в семь раз больше, чем у Европы. Поэтому соленая вода на самом дне замерзает при температуре почти десять градусов ниже нуля. Кроме того, вода подвергается адиабатическому нагреву и охлаждению – изменению температуры при скачках давления и отсутствии теплообмена с окружающей средой. Из-за меньшей сжимаемости его температура изменяется не так сильно, как у воздуха в насосах и компрессорах, но при больших изменениях давления этот процесс становится заметным: коэффициент составляет около одного градуса на 400 атмосфер (4 километра на Земле, 30 километров по Европе). Большие объемы поднимающейся или опускающейся воды не успевают смешаться с окружающей водой и изменить ее температуру, а поднимающаяся с большой глубины вода может переохлаждаться по двум причинам: из-за адиабатического охлаждения при декомпрессии; и температура на выходе, если она была ниже точки замерзания поверхности.
Часть переохлажденной воды замерзает, образуя очень чистый игольчатый лед. Этот лед всплывает и соединяется с ледяным щитом на поверхности. Ученые установили, что ледяная корка, образовавшаяся при равномерном замерзании, например, из-за постепенного остывания недр Луны, будет состоять в основном из замерзшего льда. Если ледяной щит подвергается истончению, например, из-за тектоники, извержений вулканов или неравномерного солнечного нагрева, в истонченной области образуется новый лед из-за «обратного снегопада». В Европе ледяной щит очень динамичен.
Кроме всего прочего, он несколько раз полностью переворачивался, скользя по океану, а экваториальные районы с чуть более солнечным нагревом и тонким льдом оказывались вблизи полюсов. Поэтому «подводный снегопад» может существенно способствовать образованию нового льда. Таким образом, часть ледяного щита Европы может содержать во много раз меньше соли, чем считалось ранее. Это усложняет задачу ученых: с одной стороны, чистый лед легче «просветить» радаром на большей глубине, а с другой стороны, на поверхности Европы высокое содержание солей. Он может быть просто следствием сублимации льда с поверхности, а может отражать состав льда, образовавшегося в результате прямого замерзания воды, поднявшейся на поверхность в трещинах и хаотичных ландшафтах. Ледяной щит Европы, скорее всего, будет очень неоднородным — некоторые толстые, некоторые тонкие, некоторые соленые, а некоторые чистые — и для его детального изучения могут потребоваться более мощные и гибкие радары. С другой стороны, это облегчает работу будущих астробиологов: турбулентные процессы в ледяной корке могут выносить свежезамороженную воду из океана на саму поверхность, где ее образцы будет гораздо легче изучать.
Фото: NASA/JPL-Caltech.
