Водные миры

(Что позволено Юпитеру)

 

01 Water World.jpg


Предисловие

 

Я начал готовить этот пост сразу по окончании своей монументальной марсианской трилогии - ещё в запале, со слипшимися на лбу от лихорадочного пота локонами волос (о да, - именно так рисует мне этот образ моё воображение!), с горящими воспалёнными глазами и с рукой, нетерпеливо нашаривающей очередной листок покорной, привычной к потоку слов бумаги, и я действительно подготовил большую часть этого поста, но, не успев закончить, увяз в нахлынувшем быте буден, в подготовке к новым поездкам, в нескончаемом потоке фотографий по их окончании, и снова - в поездках, и снова - в фотографиях, а может и просто устал, как всякий человек, отдавший много энергии любимому делу, и, затем, в течение долгих полутора лет суеты и забот, я регулярно возвращался к этому, не столь уж пространному по моим понятиям тексту, и, хотя инерция и порыв были безвозвратно утеряны ещё тогда, полтора года назад, да и новые "проекты" продолжали следовать один за другим своим чередом, но, с другой-то стороны, ведь и точка невозврата была уже давным-давно пройдена, а значит не мог я, оставив незаконченное творение кровоточить зияющей раной эээ... короче говоря, эта... ВЧЕРА Я ЕГО ДОМУЧИЛ... ВОТ.

 

***

 

В предыдущих своих постах, посвящённых возможности существования инопланетной жизни, я был подчеркнуто марсоцентричен, и, на первый взгляд, это может показаться вполне оправданным, если принять во внимание то определение зоны жизнепригодности (ЗЖ) планет, которое я в этих постах пользовал.

Действительно, согласно классическому определению ЗЖ, - это та область Солнечной Системы, в которой вода может существовать на поверхности планеты в жидкой фазе. Формально в эту зону попадают всего три планеты: Венера, Земля и Марс, притом Венера не оправдала оказанного ей изначально доверия, оказавшись на поверку адским пеклом, на Земле живём мы сами, а с Марсом мы разобрались в предыдущих постах.

Казалось бы, тема закрыта Тем не менее, стоит повнимательней перечитать классическое определение ЗЖ: вода может существовать на поверхности планеты На поверхности!.. Но ведь, в принципе, она могла бы существовать и под поверхностью, - в виде подземных резервуаров или же покрытых сплошным слоем льда водоёмов. Отчасти, я уже обсуждал этот вопрос в своём марсианском цикле, но если предположить, что жизнь может возникать и развиваться не только на поверхности небесного тела, но и в его недрах, то нам нет никакой необходимости ограничивать себя орбитой Марса: в этом случае нам стоит пересмотреть коренным образом своё отношение к имеющимся в нашей Системе ресурсам. Стоит лишь нам копнуть поглубже (хоть в переносном смысле, хоть в прямом), и мы обнаружим, что границы пригодного для обитания мира расширяются многократно: далеко за пределы классической Зоны Жизнепригодности этого гетто для инопланетной жизни!..

Исторически, прорыв границ этого гетто происходил по двум независимым направлениям: биологическому и планетологическому.


Первая ласточка прилетела из стана биологов

До семидесятых годов прошлого столетия в биологии господствовало представление о том, что существование биосферы, а также каждой входящей в её состав пищевой цепочки обусловлено притоком солнечной энергии. Считалось, что для существования живых организмов необходимо присутствие трёх базисных компонентов: жидкой воды, органических (т.е. включающих в свой состав атомы углерода) веществ и солнечной энергии. Организмы автотрофы (растения) используют энергию Солнца для синтеза сложных органических веществ, а организмы гетеротрофы, поедая растения, а затем и друг друга, передают это наработанное автотрофами богатство вверх по пищевой цепочке.

Подробнее я рассказывал об этом тут: Жизнь на Марсе: хотим здесь и сейчас!

В семидесятых годах было совершено открытие, брутальным образом разрушившее эту гелиоцентрическую модель от биологии: на дне океана, были обнаружены бактерии-хемотрофы новый тип живых существ, прекрасно обходившихся без солнечного света, и оприходовавших для целей органического синтеза энергию химических реакций окисления. Обитают эти создания возле так называемых Чёрных Курильщиков - подводных геотермальных источников, расположенных вдоль срединно-океанических хребтов.

 

02 Blacksmoker.jpg

 

Курильщики поставляют хемобактериям необходимый источник энергии и сырьё для синтеза, а те, в свою очередь, питают различную гетеротрофную фауну океанического дна. Как не трудно понять, в жизни этих придонных экосистем Солнце не играет никакой существенной роли, и если завтра оно не дай Бог погаснет, вся эта братия (я имею в виду хемобактерий и их нахлебников) даже не почешется

Конечно же, само по себе существование хемобактерий не говорит о том, что жизнь может возникнуть без притока солнечного тепла, но с другой стороны мы вообще не знаем, какие условия требуются для её возникновения, мы лишь знаем, что необходимо для её существования, и вот именно в этом плане обнаружение хемотрофных организмов ознаменовало революционный прорыв: оказалось, что геотермальная энергия с успехом может выполнять ту же роль, которую всегда отводили исключительно солнечной.

Итак, по новой формуле, воцарившейся в биологии к концу семидесятых годов, для существования живых организмов необходимы: жидкая вода, углеродсодержащие вещества и приток ЛЮБОЙ энергии хоть солнечной, хоть геотермальной.

 

Следующая Благая Весть пришла из космоса, точнее - из системы Юпитера.

Как вам наверняка известно (а если вам это не известно, то - бегом в Википедию!..), Юпитер содержит при себе целый выводок разновеликих естественных спутников и представляет собой некую Солнечную Систему в миниатюре. Большинство этих спутников всего лишь огромные глыбы многокилометровых размеров, но имеются и четыре больших спутника, открытых ещё Галилео Галилеем, и потому называемых галилеевыми спутниками.

Поименно и в порядке удалённости их орбит от Юпитера это: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Самый маленький из этих планетоидов, Европа, лишь немного уступает по размерам Луне, а самый крупный, Ганимед, несколько крупнее планеты Меркурий. Я подчеркиваю это для того, чтобы вы не относились к этим небесным телам высокомерно только по той причине, что они являются спутниками, а не самостоятельными планетами. У такого монстра, как Юпитер, не стыдно состоять в спутниках, и я бы не нашел ничего удивительного, если бы вокруг него обращались тела величиной с Марс или Землю, а не только с Меркурий

 

03 Galilean satellites size comparation.jpg

 

До 1979 года, всё что мы знали о галилеевых спутниках Юпитера, - это их масса и размеры, а также то, что у них нет сколько-нибудь существенных атмосфер. Казалось само собой разумеющимся, что они представляют собой унылые, испещрённые кратерами миры, подобные нашему собственному ночному светилу.

Пролёт двух американских автоматических станций Вояджер через систему Юпитера произвёл в марте-апреле 1979-го эффект разорвавшейся бомбы Скучные пупырчатые жабки, прозябающие на задворках Солнечной Системы обернулись прекрасными принцессами: у каждой свой норов и своё неповторимое лицо, которое, увидев, уже ни с кем не спутаешь

 

04 Voyager1.jpg

 

На Ио были обнаружены десятки действующих вулканов, выстреливающих фонтаны лавы на высоту в десятки и сотни километров
У подножия вулканов чёрнели озёра расплавленной серы. Если бы Данте жил в наши времена, ему не пришлось бы сильно напрягать воображение, для воссоздания картины ада

 

05 Io-1.jpg

 

06 Io-2.jpg

 

При всей живописности этой вулканообильной планетки, при всём уважении к её бурному нраву, вся эта её вулканическая гиперактивность, интересна сама по себе, но не имеет прямого отношения к обсуждаемому нами вопросу, а потому мы отодвинем её в сторону в пользу второго из спутников Юпитера, - Европы.

Когда планетологи узрели первые снимки Европы, переданные Вояджером, их нижние челюсти дружно щёлкнули об пол (этот звук до сих пор стоит у меня в ушах): на фотографиях, пересланных нам из окрестностей Юпитера, натуральным образом, красовалось кокнутое яйцо О существовании в космосе подобных яиц никто и не подозревал: жизненный опыт безмолвствовал, сколько-нибудь подходящих аналогий не имелось В отличие от известных нам на тот момент поверхностей Луны, Меркурия и Марса, крохотная планетка была практически лишена кратеров и горного рельефа -блестела, как голова комбрига Котовского - но зато была покрыта глобальной сетью бегущих во всех направлениях трещин. Она была большей частью рыжего и, местами, голубоватого цвета и напоминала не то уроненное на пол яйцо, не то гигантский ледовый каток, вдоль и поперёк исчерченный инопланетными конькобежцами Судя по средней плотности и по спектру поверхности, Европа состояла в основном из водяного льда.

07 Europa-global.JPG

 

Прозорливые умы из числа специалистов тогда же, по свежим следам, предположили, что повсеместная гладкость рельефа в сочетании с сетью заполненных льдом трещин может свидетельствовать о наличии на Европе глобального океана, перекрытого сверху более или менее толстой ледяной корой, но поскольку те же особенности можно было объяснить и не прибегая к экзотической, как тогда казалось, океанической модели, а все имеющиеся данные ограничивались несколькими не слишком подробными снимками, в научном мире эта модель не стала общепринятой, и будоражащий воображение Океан Европы был оприходован фантастами всех степеней научности

В среде геологов господствовало убеждение, что такого рода океан, если и существовал в прошлом, то давным-давно вымерз, и под корой твёрдого льда ныне залегает протяжённая мантия из мягкого, относительно тёплого льда, в котором существуют конвективные потоки, подобные тем, которые существуют в мантии Земли. Именно эти потоки могли бы быть ответственны за все те геологические пертурбации и сглаживание рельефа, которые наблюдались на поверхности Европы.

 

Ледяная модель внутреннего устройства Европы:

08 Europa Interior - ice.jpg

 

 

Океаническая модель внутреннего устройства Европы:

09 Europa Interior - water.jpg

 

Самый большой спутник Юпитера, Ганимед, являющийся по совместительству и самым большим спутником в Солнечной Системе, оказался в чем-то похож на Европу, но отличается от неё куда более древним и "шероховатым" рельефом, с большим (относительно Европы, но не, скажем, Луны) количеством метеоритных кратеров.

Очевидно, как и Европа, он покрыт корой водяного льда, но кора эта значительно толще. Многочисленные полосы и борозды, напоминающие пахотные наделы фермеров (где вы, беспокойные УФО-логи с воспалёнными мозгами?!..), безусловно являются следами геологической активности, но для их объяснения ещё более подходила модель, основанная на конвективном движении мягкого льда.

 

10 Ganymede.jpg

 

Последним, самым дальним спутником Юпитера является Каллисто. Она оказалась самым луноподобным из галилеевых спутников с самой древней поверхностью, сплошь испещренной кратерами. За прошедшие со дня её рождения миллиарды лет метеориты буквально не оставили на ней живого места Строго говоря, Каллисто обладает самой высокой плотностью метеоритных кратеров на единицу поверхности из всех исследованных нами небесных тел.

 

11 Callisto.jpg

 

Единственное, чем она отличается от прочих унылых луноподобных планет, это две огромные кольцевые структуры, прозванные Бычьим Глазом. "Глазищи" эти называются Вальхалла и Асгард, и являются следами столкновения Каллисто с какими-то крупными небесными телами. Ледяное нутро Каллисто поглотило их целиком, оставив на поверхности лишь расходящиеся круги

 

Бычий Глаз Вальхалла:

12 Callisto - Valhalla.jpg

 

Что, собственно говоря, поражало и явилось полной неожиданностью для ученой братии, это очевидная геологическая активность этих сравнительно небольших планетоидов, поразительная на фоне ранее исследованных и найденных мёртвыми в геологическом плане Луны и Меркурия, не говоря уже куда более крупном Марсе. Основным источником внутреннего тепла планет всегда считался распад радиоактивных элементов в их недрах, притом, чем планета крупнее, тем больший запас таких элементов имеется у неё в пересчёте на единицу внешней излучающей поверхности и, соответственно, тем дольше она остывает по мере истощения запаса радиоактивных элементов. Если даже Марс успел остыть за 4.5 млрд. лет пребывания в космическом морге, то какой источник тепла может питать все эти многочисленные вулканы на Ио, которая по размерам лишь чуть превышает нашу Луну?..

Подсказкой ответа на этот вопрос является чёткая закономерность, бросающаяся в глаза при самом беглом взгляде на спутники Юпитера: чем ближе к Юпитеру расположена орбита спутника, тем большей геологической активностью он отличается, и, соответственно, разумно было предположить, что причина этой активности в воздействии Юпитера. Поскольку единственное существенное воздействие Юпитера на его спутники это гравитационное притяжение, то сразу же стало понятно, что причиной разогрева недр галилеевых спутников является приливное воздействие. Даже небольшое отличие формы орбиты спутника от чисто круговой, приводит к тому, что тело спутника деформируется во время его движения по такой орбите. Юпитер мнёт его, как теннисный мячик, - как кистевой эспандер, и это воздействие тем значительней, чем ближе расположен спутник к Юпитеру.

Ио, ближайший к Юпитеру и самый горячий норовом из галилеевых спутников, состоит полностью из скальных пород, и под тонкой внешней корой у него расположен океан расплавленной магмы, - в точности, как это происходит и на нашей планете.

Три более дальних спутника - Европа, Ганимед и Каллисто, состоят большей частью из водяного льда, а потому вполне логично было бы предположить, что роль такой расплавленной мантии могла бы играть именно вода, хотя теоретически, как я уже говорил, тёплый конвективный лёд тоже вполне справляется с этой ролью

Открытый в окрестностях Юпитера мир был настолько поразителен и ставил столько будоражащих воображение вопросов, что оправка следующей экспедиции напрашивалась сама собой.

На этот раз НАСА готовило амбициозный проект, целью которого было вывести на орбиту вокруг Юпитера автоматическую станцию, оснащенную комплексом приборов для многолетних исследований, как самого Юпитера, так компании его разношерстных спутников.
Кроме того, станция должна была доставить к Юпитеру атмосферный зонд, который должен был исследовать его атмосферу во время спуска на парашюте.

Проект получил название Галилей, и по первоначальному плану запуск к Юпитеру должен был состояться в 1982 году с помощью Шаттла, но неоднократно откладывался из-за трудностей в создании уникального спускаемого аппарата. Эта штука должна была пережить вход в атмосферу Юпитера на скорости в 60км в секунду, т.е. в 5-6 раз быстрее, чем тем те космические аппараты, которые садились на Венеру или возвращались на Землю с Луны Ничего подобного посадочному зонду станции Галилей не создавалось ни до, ни после

Запуск отложили сперва на 84-й, затем на 86-й год, а когда всё, наконец, было готово, произошла катастрофа Челленджера Все пуски Шаттлов были заморожены, а готовый к запуску Галилей был возвращён с мыса Канаверал домой - в Лабораторию Реактивного Движения и отправлен на хранение на целых 3.5 года.

Наконец, после всех этих бесконечных мытарств, в октябре 1989-го Галилей отправился к Юпитеру с борта Спейс-Шаттла Атлантис.

13 Galileo Deployment.jpg

 

Через 6 лет полёта по сложно закрученной траектории, 8 декабря 1995 года он вышел на орбиту вокруг Юпитера, став его первым (и пока единственным) искусственным спутником. Он проработал в системе Юпитера целых 8 лет, и практически всем, что мы знаем сегодня об этой планете и её спутниках, мы обязаны этой фантастически успешной экспедиции.

 

14 Galileo.jpg

 

Учитывая наше пристрастие к мирам обитаемым, прежде всего нам интересна Европа, и станция Галилей в этом плане дала нам именно то, на что мы втайне надеялись: доказательства существования под её поверхностью глобального океана.

Совершив серию пролётов Европы, в самом близком из которых он просвистел всего в 180км над её поверхностью, Галилей передал на Землю снимки такого качества, какие и не снились во времена Вояджеров. На многих из этих снимков видна картина, ничем не отличающаяся от той, какую можно наблюдать, пролетая на Северным Ледовитым океаном: паковые льды, торосы, огромные блоки, образовавшиеся во время таяния или в результате восходящих потоков, развёрнутые друг относительно друга и затем смёрзшиеся вместе. Стан сторонников океанической теории начал быстро расти, ряды защитников конвективного льда редели на глазах.

 

Район ледового хаоса на поверхности Европы:

15 Europa - chaos overview.jpg


Ледовитый Океан Европы:

16 Europa - chaos zoom.jpg

 

На Европе отсутствуют метеоритные кратеры с диаметром более пяти километров по вполне понятной причине: крупный метеорит пробивает относительно тонкую кору и булькает в подлёдный океан, оставляя круги на поверхности:

 

17 Europa - impact.jpg

 

Окончательную точку (я бы даже сказал восклицательный знак) в споре о существовании подлёдного океана поставили измерения магнитного поля в окрестностях Европы, проведенные Галилеем. Возмущения магнитного поля Юпитера, производимые Европой, говорили о том, что под её поверхностью находится слой жидкого электропроводного вещества, а, учитывая её состав, таким веществом может быть только солёная вода.

Пока я писал эти заметки, прошло почти полтора года, а за полтора года сегодняшняя наука успевает поставить нам немало новостей, и Европа с её океаном не стала исключением.

Прежде всего, при подробном анализе старых снимков, добытых станцией Галилей были обнаружены участки ледяной коры, под которыми на небольшой глубине находятся обширные карманы воды. Эти линзы воды образуются в тех местах, где существует мощный перенос тепла из глубины океана к внутренней поверхности глобального ледяного панциря. Эти озёра находятся настолько близко к поверхности, что ледяной свод над ними иногда обрушивается, образую характерные кольцевые структуры, заполненные плитами раздробленного льда:

 

18 Europa - lake structure.jpg

 

19 Europa - melting (Thera Macula).jpg

 

20 Europa - melting.jpg

 

Во-вторых, совсем уже недавно было опубликовано открытие, которое просто на порядки увеличивает наши шансы на прямое исследования вод "европейского" океана, а также и его обитателей, если таковые имеются.

Исследователи, изучавшие Европу с помощью телескопа "Хаббл", зарегистрировали на пределе чувствительности приборов выбросы водяного пара в районе южного полюса, а это значит, что, пусть не постоянно ("Галилей" ничего подобного не наблюдал), но на Европе происходят водяные извержения, и, соответственно, на поверхности планеты существуют и свежие отложения изверженной океанической воды - со всей, содержащейся в ней органикой, - свежей, не деградировавшей вплоть до полного разрушения за миллионы лет бомбардировки космическим излучением. Более того, когда в район Европы прибудет очередная межпланетная станция, и если нам так повезёт, что в это же время на Европе будет происходить выброс воды, то станция сможет произвести анализ содержащейся в ней органики в процессе прямого пролёта через струю выброшенных в космос паров - для этого даже не придётся осуществлять технически проблематичную посадку на поверхность планеты.

 


Вот так выглядели реальные снимки, добытые Хабблом:

21 Europa - Hubble 1.JPG


А это - плод дигитальной обработки и наложения на фотографию диска Европы:

22 Europa - 2.jpg

 

Следующий этап в исследовании Европы и Ганимеда наступит нескоро. В самом начале 20-х годов Европейское Космическое Агентство планирует запустить к Юпитеру станцию, которая выйдет на орбиту вокруг Ганимеда, а НАСА в те же сроки планирует вывести на орбиту вокруг Юпитера станцию для изучения Европы и её океана. Станция совершит до ста пролётов над поверхностью Европы. Кроме стандартного набора аналитических приборов, она будет оснащена радаром, работающим в том диапазоне волн, для которого лёд максимально прозрачен, что позволит напрямую обнаружить гипотетический океан и измерить толщину ледяной коры.
Кроме того, планируется и пролёт через плюмажи недавно обнаруженных гейзеров с попыткой "заарканить" сложные органические молекулы, если таковые содержаться в изверженной из "европейских" недр воде. Всё это будет ой как нескоро

А существует ли на нашей собственной планете изолированная от света и тепла подлёдная жизнь, - в условиях хоть отдалённо напоминающих условия, царящие подо льдом Европы?

Первый же пример, который приходит на ум, - это подлёдные озёра Антарктиды. Самое крупное и знаменитое из них озеро Восток, залегающее под четырёхкилометровым ледяным панцирем. Его размеры: 250 на 50 км, а толщина водяной линзы достигает километра.

 

31 Lake Vostok drill 2011.jpg

 

Считается, что если в озере существует какая-то жизнь, она находится в полной изоляции от всей прочей биосферы на протяжении порядка 20 млн. лет. С точки зрения животворного потенциала озеро вызывает у специалистов некоторый оптимизм, весьма, впрочем, прохладный. С одной стороны, его воды насыщены кислородом, который доставляется с поверхности за счёт конвекции льда, но с другой, - неясно, существуют ли на его дне источники геотермального тепла и химических элементов, без которых трудно представить себе существование хоть каких-то форм жизни. Российский проект бурения льда, имеющий целью взять пробы воды из озера, начат был аж в 1989 году и продолжался, хоть и с длительными перерывами, все эти годы, но, увы, взять достоверно чистые от загрязнений пробы воды не удалось и по сей день, так что, есть ли жизнь в озере Восток, нет ли жизни в озере Восток - науке это неизвестно. А ведь это не Марс, не говоря уже о Европе, это всего лишь Антарктика Впрочем, в отличие от Марса и Европы, это, всё же, вопрос ближайших сезонов бурения.

Понятно, что даже если жизнь в озере будет обнаружена, это всего лишь говорит о её способности адаптироваться к подобным условиям, но ничего не расскажет нам о возможности её там возникновения, но, тем не менее, будет интересно глянуть на микроорганизмы, обитающие в условиях, примерно аналогичных тем, что существуют подо льдом Европы.

 

Кстати, о том, что жизнь может приспособиться к подлёдному существованию, мы знаем и совсем из другого источника.

Геологи и палеоклиматологи утверждают, что примерно 700 млн. лет назад, ещё до появления многоклеточной жизни, Земля пережила длительный период глубокого оледенения. Оно было настолько глубоким, что некоторые ученые не исключают, что она превратилась в полностью скованное льдом небесное тело наподобие Европы. По понятным причинам, соответствующий этим события геологический период назван "криогением". Существовавший в те невесёлые времена единый суперматерик Пангея располагался в районе экватора, но скальные породы Пангеи, относящиеся к криогенному периоду, как обнаружилось, сплошь исчерчены движениями ледников. Химия криогенического океана также наводит на мысль о том, что он был полностью изолирован от древней атмосферы толщей льда. Большинство специалистов сегодня считают, что всё-таки вряд ли оледенение было тотальным, и, возможно, существовали или периодически открывались в этом суровом мире огромные полыньи открытой воды, но в общем и целом это было крайне тяжелое испытание для земной жизни, и продолжалось оно целых 200 млн. лет. Целых 200 млн. лет Пангея напоминала собой Антаркдиду, окруженную безбрежным "Ледовитым Океаном". Жизнь не оставила в этот период внятных следов в палеонтологической летописи, но она, разумеется, продолжала существовать, и даже, вполне вероятно, переживала какую-то принципиально важную структурную эволюцию. В пользу этого говорит тот факт, что, не успели стаять ледники криогения, как в океане произошел натуральный эволюционный взрыв и, как из рога изобилия, зафонтанировало множество причудливых форм невиданной до той поры многоклеточной фауны.

 


"Земля-снежок":

32 snowballearth.jpg


Так выглядела большая часть нашей планеты в криогений:

33 snowball-earth - Snow.jpg


Механизм "великого обледенения" и последующего оттаивания Земли:

34 nowball-earth.jpg

 

Со спутниками Юпитера мы разобрались. В активе у нас есть Европа с доказанным глобальным океаном под относительно тонким слоем льда и Ганимед с предполагаемым океаном под куда более толстым ледяным панцирем. А есть ли другие уголки Солнечной Системы, где жизнь может существовать в подобных подлёдных оазисах? В принципе, такие оазисы могут существовать на любом достаточно крупном спутнике планеты-гиганта, если та в состоянии обеспечить ему разогрев за счет приливной деформации.
Такие спутники есть и у Сатурна, и у Урана, и у Нептуна, но я и так уже потратил полтора года на двадцать страниц текста, и добавление ещё одного десятка страниц, как нетрудно подсчитать, отодвинет эту публикацию на срок, достаточный для вынашивания младенца, так что пока я ограничусь Юпитером.