Крижані світи сонячної системи: на поверхні яких супутників може існувати життя​

Тисячі років люди дивилися на зорі та задавалися питанням: чи самотні ми у Всесвіті? Відповідь на це запитання, можливо, ховається не на далеких екзопланетах, а набагато ближче — на супутниках планет-гігантів нашої сонячної системи. Під товстою крижаною корою цих загадкових світів можуть існувати величезні океани, що приховують найбільшу таємницю науки.

Приховані океани: відкриття, що змінило горізонти пошуку життя

Коли астрономи вперше звернули увагу на супутники планет-гігантів у 1970-х роках, вони не очікували побачити там нічого особливого. Але дані від космічних апаратів «Піонер» і «Вояджер» змінили наше уявлення назавжди. Сьогодні вчені вважають, що принаймні шість супутників — два навколо Сатурна, три навколо Юпітера та один навколо Нептуна — можуть приховувати водні океани під своєю крижаною корою.

Ці «світи підповерхневих океанів» стали справжнім відкриттям для астробіологів. На Землі скрізь, де є взаємодія води зі скелями та геотермальна активність, життя знаходить спосіб існувати, — пояснює Кріс Герман з Інституту океанографії Вудс-Хола. Це означає, що під крижаною поверхнею далеких супутників можуть процвітати мікроби, подібні до тих, що живуть біля гідротермальних джерел на дні земних океанів.

Світ безкінечних можливостей: чому супутники перспективніші за планети

Математичні моделі показують, що більше чверті відомих екзопланет можуть мати рідку воду, хоча більшість з них має підповерхневі океани, подібні до тих, що на Європі та Енцеладі. Але саме супутники мають низку унікальних переваг. По-перше, їх набагато більше — лише в нашій Сонячній системі налічується понад 170 відомих супутників, що дає нам значно більше місць для пошуку.

По-друге, супутники можуть зберігати рідку воду завдяки приливному нагріванню навіть на великих відстанях від Сонця. Це розширює зону потенційної придатності для життя далеко за межі традиційної «зони Златовласки» навколо зірок.

Європа: найперспективніший кандидат для пошуку життя

Серед усіх супутників Європа, крижаний супутник Юпітера, може мати всі необхідні складники для життя і такий же вік, як Земля. Під її крижаною поверхнею завтовшки від 15 до 25 кілометрів ховається океан, який містить приблизно вдвічі більше води, ніж усі океани Землі разом узяті.

Вражає те, що Європа отримує енергію не від Сонця, а від гравітаційних сил Юпітера. Коли Європа обертається навколо газового гіганта, її внутрішня частина згинається. Енергія згинання перетворюється на тепло, яке підтримує океан у рідкому стані вже мільярди років.

Найцікавіше те, що Європа має найгладшішу поверхню з усіх відомих твердих об’єктів у Сонячній системі, практично без кратерів. Це свідчить про активну геологію — вода з глибин постійно оновлює поверхню, створюючи складну мережу тріщин і хребтів.

У 2024 році NASA запустило місію Europa Clipper — найдорожчу планетарну місію в історії NASA вартістю $5,2 мільярда. Космічний апарат досягне Європи у 2030 році та зробить 49 близьких прольотів, шукаючи ознаки життя в гейзерах водяної пари, які можуть виривати матеріал з підповерхневого океану прямо в космос.

Енцелад: маленький супутник з великими таємницями

Енцелад має величезний підповерхневий океан, який викидає гейзери рідкої води через великі щілини на південному полюсі.

У 2005 році космічний апарат Cassini зробив неочікуване відкриття — він пролетів крізь водяний туман, що вириває в космос зі швидкістю 1290 кілометрів на годину через тріщини в поверхні Енцелада. Ці гейзери не лише містять воду, але й органічні молекули, зокрема вуглецевмісні молекули, такі як формальдегід, ацетилен, пропан і метан, що свідчить про гідротермальну активність на дні океану.

Матеріал з південних полярних струменів Енцелада містить солону воду та органічні молекули — основні хімічні складники для життя, — каже Лінда Спілкер, науковиця проєкту Cassini. Це відкриття розширило наше уявлення про зону придатності для життя в нашій Сонячній системі.

Титан: екзотичний світ з метановими озерами

Титан унікальний серед усіх супутників — це єдиний супутник у Сонячній системі з густою атмосферою, що складається з азоту та метану. На його поверхні є ріки, озера й моря, але не з води, а з рідкого метану та етану.

Атмосфера Титана в 10 разів вища за земну, а гравітація становить лише 14% від земної, що означає — якби у вас були крила, ви могли б літати в його атмосфері! Дощі на Титані падають у сповільненому русі — приблизно в шість разів повільніше, ніж на Землі, а краплі на 50% більші за земні.

Але найцікавіше те, що під крижаною поверхнею Титана може ховатися ще один океан — цього разу з рідкої води. Дослідники з Корнеллського університету показали, що можливе формування клітинних оболонок в умовах Титана з молекул акрилонітрилу, які місія Cassini виявила в атмосфері супутника.

У 2027 році NASA планує запустити місію Dragonfly — робототехнічний гелікоптер, який буде шукати біосигнатури на поверхні Титана та досліджувати можливості життя в цьому екзотичному світі.

Непередбачувані кандидати: Ганімед, Калісто та Мімас

Ганімед — найбільший супутник у нашій Сонячній системі та єдиний супутник з власним магнітним полем, що створює полярні сяйва, подібні до земних. Його підповерхневий океан може містити більше води, ніж усі земні океани разом узяті, а глибина океану може сягати 100 кілометрів.

Калісто, найменш щільний з великих супутників Юпітера, має щастя обертатися на відстані 1,8 мільйона кілометрів від планети — поза межами інтенсивних радіаційних поясів Юпітера, що робить його безпечнішим для майбутніх місій.

Але найбільшим сюрпризом 2024 року стало відкриття океану на Мімасі — крихітному супутнику Сатурна, відомому як «Зірка Смерті» через величезний кратер. Астрономи виявили, що Мімас може приховувати рідкий океан на глибині від 20 до 30 кілометрів під поверхнею, який з’явився лише 2-25 мільйонів років тому.

Існування океану на такому малому супутнику свідчить про те, що навіть маленькі, здавалося б, неактивні супутники можуть приховувати океани, здатні підтримувати життєво важливі умови. Це змінює докорінно наше розуміння того, які світи можуть бути придатними для життя.

Місяць: чи може наш супутник бути придатним для життя?

Наш власний Місяць довгий час вважався безплідним каменем, але останні відкриття змінили це уявлення. У постійно затінених кратерах біля полюсів Місяця температура може опускатися до -418°F, достатньо низько, щоб утримувати водяний лід мільярди років.

Місія NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter виявила значні поклади льоду в полярних кратерах, а детальна карта розподілу води біля південного полюса Місяця показує складну картину гідратації. Хоча це не океан у прямому розумінні, ці поклади води можуть бути критично важливими для майбутніх місій і навіть підтримки простих форм життя.

Місяць має твердий залізний керн, що свідчить про те, що колись у нього було магнітне поле, створене охолодженням цього залізного керна. Це магнітне поле могло захищати поверхню від сонячної радіації, подібно до того, як земне магнітне поле робить це сьогодні.

Пошук життя на поверхні: нові можливості

Довгий час вчені вважали, що життя в зовнішній сонячній системі може існувати лише в підповерхневих океанах. Але дослідження 2024 року показали нові можливості. Вчені NASA показали через комп’ютерне моделювання, що достатньо сонячного світла проходить крізь поверхневий лід для фотосинтезу в неглибоких підповерхневих басейнах талої води на глибині до 3 метрів під поверхнею.

На Марсі темний пил поглинає більше сонячного світла, ніж навколишній лід, потенційно викликаючи нагрівання льоду та танення на глибині до кількох футів під поверхнею. Подібні процеси можуть відбуватися й на крижаних супутниках, створюючи «оазиси» для мікробного життя навіть близько до поверхні.

Майбутні місії: як ми будемо шукати життя

Пошук життя на супутниках вже розпочався з повною силою. 13 квітня 2023 року Європейське космічне агентство запустило Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), який проведе принаймні три роки на супутниках Юпітера після прибуття у 2031 році.

Майбутня місія TIGRE (Thermal Investigation of Geothermal Regions of Enceladus) планує провести поглиблене дослідження Енцелада з орбітальним апаратом, посадковим модулем і буром, прямуючи до «Тигрових смуг» — регіону, звідки виривають гейзери.

Europa Clipper розроблений не для посадки, а для дослідження з орбіти. Він оснащений інфрачервоним спектрометром для вивчення хімічних відбитків світла, що відбивається від поверхні, мас-спектрометром для аналізу хімічного складу газу та пилу, та камерами для зйомки всієї поверхні з роздільністю краще за 100 метрів на піксель.

Значення для розуміння життя у Всесвіті

Відкриття життя на будь-якому з цих супутників докорінно змінило б наше розуміння Всесвіту. Якщо включити крижані супутники у пошук, потенційно придатні для життя середовища можуть бути знайдені по всій екзопланетній системі, і дійсно, по всій нашій власній Сонячній системі.

Дослідження рідкої води є критичним для пошуку життя поза Землею, і супутники планет-гігантів можуть бути найкращими місцями для такого пошуку. На відміну від екзопланет, які знаходяться на відстані світлових років, ці світи знаходяться в межах досяжності наших технологій.

Можливо, вже через десятиліття ми дізнаємося відповідь на одне з найфундаментальніших питань людства. І якщо життя дійсно існує в темних глибинах крижаних океанів, це означатиме, що Всесвіт може бути набагато більш населеним, ніж ми коли-небудь могли собі уявити. Крижані супутники нашої Сонячної системи можуть стати ключем до розуміння того, наскільки поширене життя у космосі — і чи справді ми самотні у величезному Всесвіті.