Когда ледяной, заполненный океаном спутник Европа вращается вокруг Юпитера, он подвергается постоянному воздействию радиации. Юпитер днем и ночью снабжает поверхность Европы электронами и другими частицами, окутывая ее высокоэнергетическим излучением. Но поскольку эти частицы ударяют по поверхности небесного тела, они заставляют Европу светиться в темноте.
Новое исследование, проведенное учеными из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) NASA из Южной Калифорнии, впервые подробно описывает, как будет выглядеть свечение и что оно может рассказать о составе льда на поверхности Европы. Различные солевые соединения по-разному реагируют на излучение и излучают свой неповторимый блеск. Невооруженным глазом это свечение иногда может быть слегка зеленым, иногда слегка голубым или белым, а также с разной степенью яркости, в зависимости от вещества.
Для того бы изучить это явление, ученые используют прибор спектрометр, который разделяет свет на длины волн и связывает отдельные «сигнатуры» или спектры с разными составами веществами, входящими в состав льда. Большинство наблюдений с помощью спектрометра производятся с использованием отраженного солнечного света на дневной стороне спутника, но последние результаты показывают, как Европа будет выглядеть в темноте.
«Мы смогли предсказать, что ночное сияние льда может предоставить дополнительную информацию о составе поверхности Европы. То, как состав меняется, может дать ключ к пониманию того, есть ли на Европе условия, подходящие для жизни», — сказал Мурти Гудипати из JPL, ведущий автор работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Благодаря тому, что на Европе находится огромный внутренний океан, который может просачиваться на поверхность через толстую ледяную корку спутника, ученые могут больше узнать о том, что находится под ней.
Свечение Европы
На основании предыдущих наблюдений ученые пришли к выводу, что поверхность Европы может состоять из смеси льда и известных на Земле солей, таких как сульфат магния (английская соль) и хлорид натрия (поваренная соль). Новое исследование показывает, что включение этих солей в водяной лед и облучение его радиацией и дает, собственно, свечение.
Это не было неожиданностью. Ученым известно, что блеск вызван потоком электронов, проникающими через поверхность и ионизирующие молекулы под ней. Когда эти молекулы ионизируются, то они выделяют энергию в виде видимого света.
«Мы никогда не думали, что увидим что-то вроде этого», — сказала Брайана Хендерсон из JPL, соавтор исследования. «Каждый раз, когда мы пробовали новый состав льда, свечение выглядело по-разному. После этого, мы направляли на лед спектрометр, который показывал, что у каждого типа льда был свой спектр».
Чтобы изучить лабораторный макет поверхности Европы, команда JPL построила уникальный инструмент под названием Ледяная комната для Испытания высокоэнергетических электронов и радиационной среды Европы (Ice Chamber for Europa’s High-Energy Electron and Radiation Environment Testing (ICE-HEART)). Они доставили ICE-HEART на объект с установкой для получения высокоэнергетических электронных пучков в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, и начали проводить эксперименты имея совершенно другую конечную цель: посмотреть, как органический материал под льдом Европы будет реагировать на всплески радиации.
Они не ожидали увидеть изменения в самом свечении, в зависимости от состава льда.
«Наблюдение за раствором хлорида натрия со значительно более низким уровнем свечения было переломным моментом, который изменил ход исследования», — сказал Фред Бейтман, соавтор статьи.
Спутник, который виден в темном небе, может показаться нетипичным для нас. Мы видим нашу собственную Луну, потому что она отражает солнечный свет. Но свечение Европы вызвано совершенно другим механизмом. Представьте себе Луну, которая непрерывно светится даже на своей ночной стороне — стороной, обращенной от Солнца.
«Если бы Европа не находилась под излучением Юпитера, она выглядела бы также, как наша Луна выглядит для нас — темной на затененной стороне», — сказал Гудипати. «Но поскольку его бомбардирует излучение Юпитера, то он светится в темноте».
Планируемая к запуску в середине 2020-х годов, предстоящая миссия NASA Europa Clipper будет наблюдать поверхность Европы во время нескольких облетов орбиты Юпитера. Ученые этой миссии изучают выводы авторов данной статьи, чтобы оценить, можно ли обнаружить свечение с помощью научных инструментов космического корабля. Возможно, что информация, собранная космическим кораблем, может быть сопоставлена с измерениями в новом исследовании, чтобы идентифицировать соленые компоненты на поверхности спутника или сузить то, чем они могут быть.
«Нечасто в лаборатории вы можете сказать: «Мы можем найти то-то и то-то, когда доберемся туда», — сказал Гудипати. «Обычно бывает наоборот — вы куда-то идете, находите что-то и пытаетесь объяснить это в лаборатории. Но наше предположение исходит из простого наблюдения, и в этом и состоит наука».
Такие миссии, как Europa Clipper, помогают внести свой вклад в область астробиологии, междисциплинарных исследований далеких миров, в которых может быть жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Хотя Europa Clipper не является миссией по обнаружению жизни на Европе, она проведет детальную разведку Европы и выяснит, может ли ледяная луна с ее подводным океаном поддерживать жизнь. Понимание пригодности Европы для жизни поможет ученым лучше понять, как развивалась жизнь на Земле, и потенциал для поиска жизни за пределами нашей планеты.