Europa Clipper сможет найти признаки внеземной жизни даже в частице льда

В октябре 2024 года NASA планирует отправить к спутнику Юпитера Европе космический аппарат, чтобы узнать, обладает ли юпитерианская луна условиями, пригодными для жизни. Однако зонд будет нести научный инструмент, который, как показали авторы нового исследования, способен обнаружить известную нам форму жизни, если она, конечно, там есть. Прибор может находить бактериальную клетку или ее фрагменты в крупицах льда, которые выбиваются в космос при ударах микрометеоритов. Иными словами, этот научный прибор — надежда в поиске внеземной жизни на ледяных спутниках. Европа — четвертый по размеру спутник Юпитера. Считается, что поверхность этой луны полностью безжизненна: атмосферное давление там составляет всего одну триллионную часть земного, а средняя температура — минус 160 градусов Цельсия. Однако за десятки лет наблюдений астрономы установили, что эта луна покрыта ледяной корой льда толщиной не менее 20 километров, под которой скрывается соленый жидкий океан. Его глубину исследователи оценили в 100 километров, а общий объем воды — вдвое больше, чем во всех океанах Земли. Только неизвестно, присутствуют ли в нем химические вещества, необходимые для развития живых организмов. Чтобы выяснить, обладает ли Европа условиями, пригодными для жизни, NASA собирается запустить к ней космическую станцию Europa Clipper, которая будет изучать спутник с расстояния. Аппарат отправят на вытянутую, «петляющую» орбиту вокруг Юпитера, благодаря чему зонд сможет часто сближаться с юпитерианской луной — совершит 44-49 близких облетов. Запуск Europa Clipper намечен на октябрь 2024 года, а прибытие к Европе — на апрель 2030-го. Планируется, что зонд будет исследовать спутник 109 дней.

На автоматическую станцию инженеры уже установили все научные инструменты. Всего их девять. Они будут проводить картографирование поверхности Европы, изучать ледяную оболочку, подповерхностный океан, водяной пар (гейзеры), прорывающийся сквозь лед, а также разреженную атмосферу, состоящую преимущественно из пыли и продуктов радиолиза частичек льда, которые выбиваются в космос при ударах микрометеоритов.

Все приборы разрабатывали лишь с одной целью — помочь ученым понять, что за условия существуют на Европе и подходят ли они для развития жизни. То есть «научная начинка» Europa Clipper изначально не предполагала сам поиск внеземных живых организмов.

Но группа инженеров из США и Германии под руководством Фрэнка Постберга (Frank Postberg) из Свободного университета Берлина сделала неожиданное открытие. Ученые обнаружили, что один из инструментов зонда, над которым они работали, — анализатор поверхностной пыли Surface Dust Analyzer (SUDA), — может находить бактериальные клетки и их фрагменты (ДНК, РНК, цитоплазматическая мембрана), потенциально указывающие на присутствие жизни. Прибор способен искать такие следы в отдельных частицах льда, выброшенных с поверхности. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Прибор SUDA — масс-спектрометр, который будет изучать состав малых твердых частиц, выбрасываемых из недр Европы как после удара микрометеоритов, так и гейзерами. Постберг и его коллеги испытали инструмент в вакуумной камере, чтобы больше узнать о его возможностях.

С помощью экспериментальной установки исследователи посылали в вакууме тонкую струю жидкой воды с высокой кинетической энергией, где она ударялась о SUDA и распадалась на капли. Предварительно в воду ученые поместили образцы бактерии Sphingopyxis alaskensis, обитающей в водах Аляски. Эти бактерии могут выживать в холодной среде и при ограниченном количестве питательных веществ, что делает их наилучшим кандидатом на роль «внеземной жизни», которая может существовать на ледяных спутниках Сатурна или Юпитера.

Затем Постберг применил луч лазера, чтобы «разбить» капли еще на более мелкие фрагменты и таким образом сымитировал крупицы льда, которые после попадали на детектор SUDA. Исследователи обнаружили, что прибор может находить в этих крупицах фрагментированный клеточный материал, включая жирные кислоты, которыми богаты клеточные мембраны, а также аминокислоты.

«Мы показали, что SUDA может обнаружить клеточный материал всего в одной из сотен тысяч ледяных частиц, которые ударяются о ваш прибор в космосе со скоростью от четырех до шести километров в секунду. То есть мы сможем отличать клеточный материал от других органических молекул и солей», — объяснил Постберг.

В ближайшее время авторы исследования проведут аналогичный эксперимент, но уже с другими видами клеточных культур.

JWST исследует спутник Юпитера Ганимед

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST) рассмотрел луну Юпитера Ганимед, чтобы лучше изучить ее поверхность. Если бы Ганимед вращался вокруг Солнца, а не вокруг Юпитера, его было бы невозможно отличить от планеты. Он имеет дифференцированную внутреннюю структуру с расплавленной сердцевиной, которая создает магнитное поле. У него кремниевая мантия, очень похожая на земную, и сложная ледяная кора, под которой находится глубокий океан. Здесь есть атмосфера, хотя и разреженная. Он почти такой же большой, как Марс. По мнению авторов нового исследования, это архетип водного мира. Однако у ученых остаются некоторые вопросы относительно поверхности Ганимеда. Группа исследователей из США, Европы и Японии исследовала поверхность Ганимеда с помощью приборов NIRSpec и MIRI JWST. Их результаты представлены в статье под названием "Состав и тепловые свойства поверхности Ганимеда по данным наблюдений JWST NIRSpec и MIRI". Она будет опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics. На поверхности Ганимеда преобладают два типа рельефа: светлые ледяные участки с бороздками и более темные области. Светлые области занимают около двух третей поверхности, а темные - остальную часть. Оба типа рельефа являются древними, но более темные области старше. Они также сильно изрыты кратерами. Эти два типа поверхности смешаны, причем более светлый рельеф прорезает полосы на темном рельефе.

На Ганимеде есть водяной лед, но он кажется аморфным. JWST нанес на карту распределение и свойства льда. На Ганимеде также недавно обнаружена полоса поглощения с длиной волны 5,9 мкм, и JWST может помочь определить ее происхождение.

Температурный диапазон Ганимеда означает, что чистого CO2-льда на поверхности луны нет. Наблюдения JWST показывают, что некоторое количество CO2 задерживается в водяном льду, хотя и составляет всего около 1% по массе. Остальное содержится в различных минералах и солях.

JWST обнаружил, что водяного льда больше в полярных регионах. Именно в этих областях энергичные ионы Юпитера облучают поверхность Ганимеда.

Наблюдения показали, что полоса поглощения при 5,9 мкм широко распространена на Ганимеде, но с локальными вариациями. Исследователи допустили возможность того, что это происходит из-за нерастворимого органического материала, доставляемого углеродистыми хондритами или кометами, но в конечном счете исключили это объяснение. "Гидраты серной кислоты H2SO4 + H2O, по-видимому, являются хорошими кандидатами для объяснения полосы 5,9 мкм", - пишут авторы.

Ученые также обнаружили некоторые общие различия между полюсами Ганимеда и передним и задним краями. «Спектральные свойства полярных областей сильно различаются для передней и задней сторон», - пишут они. - «Причины этих различий еще предстоит изучить». Отчасти это объясняется мощным воздействием Юпитера на его спутники.

Отношения между Юпитером и Ганимедом в некотором роде подобны отношениям между Солнцем и Землей. Солнечный ветер воздействует на магнитосферу Земли таким же образом, как плазма Юпитера воздействует на Ганимед. Магнитное поле Ганимеда взаимодействует с магнитным полем Юпитера, помогая создавать полярные сияния на планете.

Ганимед и Юпитер находятся в сложных отношениях, и отчасти эти отношения распространяются на химический состав поверхности Ганимеда, где плазма Юпитера ударяется о полюса луны и облучает лед. Хотя это исследование продвинуло наше понимание этого и других аспектов, оно не дало тех однозначных ответов, которые искали ученые.

Горы на поверхности Ио формируются в результате сжатия

Ученые долгое время не могли понять, почему на поверхности спутника Юпитера Ио, в отличие от Земли, горы в основном представлены не в форме хребтов или массивов, а расположены поодиночке. Теперь планетологи во главе с Уильямом МакКинноном из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, США, кажется, нашли ответ.

Ио характеризуется настолько высокой вулканической активностью, что наблюдать тектонику плит на её поверхности из космоса весьма затруднительно. Поэтому для ответа на этот вопрос ученые в новой работе прибегли к моделированию.

Согласно разработанной авторами исследования модели постоянное обновление поверхности Ио за счет вулканических извержений приводит к постепенному увеличению толщины слоя лавы, покрывающего поверхность, и в горных породах, расположенных под этим слоем, нарастает давление. В случае наличия под поверхностью трещины, эта трещина становится концентратором напряжений и формирует на поверхности выпуклость в форме одиночной скалы. Ученые также утверждают, что этот механизм может объяснить множество произошедших недавно извержений, обнаруживаемых близ таких скал.

«Силы сжатия, развиваемые под поверхностью Ио, невероятно большие, - сказал МакКиннон. – Когда эти трещины выходят на поверхность, то силы сжатия перестают действовать, и картина напряжений, окружающих трещину, существенно изменяется, в результате чего возникает возможность для выхода магмы на поверхность».

Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.