Подледный океан Европы
Говорить о возможности существования каких-то форм жизни можно только в подледном океане Европы. Ледяная кора спутника, по разным гипотезам, может быть толщиной минимум 1 км, максимум — до дна. Несмотря на популярность всех трех моделей строения Европы (относительно тонкая, 10-30 км, ледяная оболочка; частично промерзший вглубь океан; и полностью промерзшая среда; рис. 12), модель с относительно тонкой ледяной оболочкой представляется наиболее реалистичной. Она объясняет и фрагментированные ледяные поля, и трещины, и рассеяние мощного притока энергии, возникающей в приливных взаимодействиях системы спутников Европа-Ио и Европа-Юпитер. Если глубина океана 50-60 км, давление на дне должно быть 600 кг/см2.
Сильным аргументом в пользу существования океана говорит и необычное магнитное поле Европы. Напряженность поля Европы имеет переменный характер, причем магнитные полюса расположены вблизи экватора спутника и постоянно перемещаются, а изменения напряженности и ориентации магнитного поля синхронизированы с прохождением Европы через магнитное поле Юпитера (Kivelson, 1995). Это можно объяснить лишь наличием токопроводящей жидкости под поверхностью спутника: его движение в сильном магнитном поле Юпитера вызывает электрические токи в соленом океане Европы, что и создает необычное магнитное поле спутника. Если бы поле было связано с ядром спутника, оно было бы стабильным и имело бы меньшую напряженность.
Существование подповерхностного океана подтверждается также структурой крупномасштабных трещин глубиной около 1 км, имеющих глобальную протяженность. Было показано (Schenk et al., 2008), что трещины глубиной от 300 м до 1.5 км возникли при перемещении (повороте) полюсов спутника примерно на 80°, причем ледяная оболочка двигалась независимо от ядра.
Достаточно высокая температура в глубоких слоях Европы объясняется рассеянием приливной энергии в орбитальной соизмеримости со спутником Ио, и в меньшей степени -приливным воздействием Юпитера. Приливное рассеяние-мощный источник энергии; основная ее часть рассеивается в Ио, но и на Европу приходится ее существенная часть. Полный период Т повторения приливных эффектов определяется известным соотношением 1/Т(1о)— 1/Т(E), и составляет, благодаря соизмеримостям, почти точно орбитальный период Европы. Кроме приливных эффектов определенный вклад энергии создает процесс серпентинизации, химическое связывание воды с горными породами в верхнем слое ядра спутника. Серпентинизация увеличивает объем горных пород и выделяет тепло. Наконец, какое-то рассеяние энергии происходит и в упоминавшихся выше магнитных взаимодействиях. Во всяком случае, Европа располагает достаточными источниками энергии, чтобы поддерживать хотя бы часть своих запасов воды в жидком состоянии, подобно тому, как это происходит на других ледяных спутниках (McKay, Matson, 2008).
Рис. 12. Существующие модели строения Европы.
По составу воды ее выходы на поверхность из трещин и разломов неоднородны. По данным спектроскопии, окрашенные участки поверхности предположительно включают примеси серной кислоты, а также других сернистых и железистых веществ. Спектральный анализ линейных образований и пятен на поверхности показал наличие в них солей, в частности, сульфата магния, который содержится и в земных океанах. Обнаружены также следы перекиси водорода и сильных кислот. Таким образом, массы воды, проникающие на поверхность из разломов, неоднородны по составу. Не исключено, что подледный океан не имеет глобальной протяженности.
Возможная обитаемость подледного океана Европы
В подледном океане Европы, куда не попадает солнечный свет, где невозможен фотосинтез и отсутствует кислород, может существовать микрофлора. На Земле можно найти примеры таких экзотических экосистем. Роль гидротермальных глубоководных источников в возникновении жизни можно отнести и к Европе, где также могут присутствовать глубоководные гидротермальные источники. В гипотезе о происхождении жизни в районах глубоководных термальных источников жизнь на Земле возникла, когда химически обогащенные жидкости какими-то механизмами апвеллинга стали подниматься с нижних морских этажей. Химическую энергию могли доставлять реакции восстанавливающих газов, например, водорода или сульфида водорода, которые выделялись из придонных источников, в контакте с подходящим окислителем, например, углекислым газом.
Гипотетический океан Европы должен близко напоминать условия жизни в глубинах земных океанов, где населенность различными видами живых существ очень высока. В земных океанах их концентрация наблюдается у гидротермальных придонных океанических источников, от которых поднимается обогащенная растворенными минеральными солями горячая вода. В такой среде обитает не только микрофлора, но и достаточно крупные животные.
На Земле найдены три экосистемы, на аналогах которых могла бы базироваться жизнь на спутнике Юпитера Европе. Две системы основаны на метаногенезисе и принадлежат к древней группе бактерий Archaea, которые живут в бескислородных условиях. В глубоко залегающих вулканических породах в районе р. Колумбия (район водопадов Айдахо-Фолс) существуют две такие экосистемы, которые получают энергию от химических реакций в различных горных породах. Третья экосистема существует за счет энергии, возникающей при радиоактивном распаде горных пород. Она была найдена глубоко под поверхностью в шахтах Южной Африки, на глубине 3 км под поверхностью Земли в зоне разлома (Lin et al., 2006). Микроорганизмы здесь живут без света, без кислорода и без исходных органических веществ.
Перечисленными примерами, конечно, не исчерпываются возможности существования форм жизни на Европе. Теорий возникновения жизни на Земле много, но ни одна не объясняет, как воспроизвести зарождение земной жизни в лаборатории и насколько уместно распространять их на Европу, хотя теория «первичного бульона» и теория гидротермальных придонных океанических источников наиболее близки к тому, что нам известно о Европе.
Начиная с античности, у исследователей нет идеи, более популярной, чем поиск жизни в других мирах. Когда развитие технологии позволило осуществить полеты к другим планетам, поиск жизни (или следов жизни) на них стал рабочим разделом национальных научных программ космических исследований. В планах космических агентств уже появляются проекты исследований Европы, рассчитанные на следующее десятилетие XXI в. Исследователям предстоит преодолеть серьезные технические трудности, такие как необходимость проникнуть сквозь многокилометровую толщу льда, при температуре 80 К обладающего прочностью гранита, выполнить исследования и прислать на Землю их результаты. Многие задачи миссии к Европе сегодня кажутся практически невыполнимыми. Но работа уже ведется.
Европейское и Российское космические агентства наметили экспедицию из нескольких космических аппаратов к Юпитеру и Европе. Европейский проект намечает выведение на орбиты Юпитера и Европы двух космических аппаратов, а российский проект предполагает включение в экспедицию еще одного, спускаемого аппарата для посадки в одном из разломов на поверхности Европы. После посадки аппарат начнет поиск следов жизни в колонке полуметрового слоя льда. Проект получил название «Лаплас». Предполагается, что он войдет в программу Европейского космического агентства на период с 2015 по 2025 гг.