Европа или Юпитер: интересные факты

Одна из гипотез гласит, что «веснушки» были сформированы диапирами разогреваемого льда, протыкающими холодный лёд внешней коры (по аналогии с магматическими очагами в земной коре)^[46]. Неровные смешанные «веснушки» (названные областями «хаоса», например, Коннемарский хаос) формируются из множества небольших фрагментов коры, включённых в относительно тёмную материю холмов, и их появление можно сравнить с появлением айсбергов в замёрзшем море^[48].

Альтернативная гипотеза предполагает, что веснушки являются небольшими хаотическими районами и  что видимые ямы, пятна и куполообразные вздутия — несуществующие объекты, появившиеся вследствие неправильной интерпретации ранних изображений Галилео с низкой разрешающей способностью^[49][50].

Другие геологические структуры

На поверхности спутника есть протяжённые полосы, покрытые рядами параллельных борозд. Центр полос светлый, а края тёмные и размытые. Предположительно, полосы образовались в результате серии криовулканических извержений вдоль трещин. При этом тёмные края полос, возможно, сформировались в результате выброса на поверхность газа и осколков горных пород. Есть полосы и другого типа^[51], которые, как полагают, образовались в результате «расхождения» двух поверхностных плит, с дальнейшим заполнением трещины веществом из недр спутника.

Рельеф некоторых частей поверхности  позволяет предположить, что на этих участках поверхность когда-то была полностью расплавлена, и в воде даже плавали льдины и айсберги. Причём видно, что льдины (вмороженные ныне в ледяную поверхность) ранее образовывали единую структуру, но затем разошлись и повернулись. Некоторые участки с волнистой поверхностью^[52] образовались, вероятно, в результате процессов сжатия ледяного панциря.

На поверхности также наблюдается  ударный кратер Пуйл^[53], в центре которого находится возвышение, превышающее стены кратера по высоте^[54], что может свидетельствовать о выходе вязкого льда или воды через отверстие, пробитое астероидом.

Подповерхностный океан

Вышеприведённые характеристики поверхности Европы прямо или  косвенно свидетельствуют о существовании  жидкого океана под ледяной корой. Большинство учёных предполагают, что  он сформировался благодаря генерируемому приливами теплу^[55]. Нагревание вследствие радиоактивного распада, которое почти такое же, как и на Земле (на кг породы), не может обеспечить необходимый нагрев недр Европы, потому что спутник куда меньше. Поверхностная температура Европы в среднем около 110 К (—160 °С; —260 °F) на экваторе и всего 50 К (-220 °С; −370 °F) на полюсах, придавая поверхностному льду высокую прочность^[56]. Первые намёки на существование подповерхностного океана были выведены из предполагаемого приливного разогрева (последствия незначительногоэксцентриситета орбиты Европы и орбитального резонанса с остальными галилеевыми лунами). Команда участников космической программы «Галилео», проанализировав изображения космических аппаратов «Вояджер» и «Галилео», привела доводы в пользу существования подповерхностного океана^[55]. Наиболее яркий пример — «хаотические области», свойственные и часто встречающиеся на поверхности Европы, которые некоторые учёные интерпретируют как области, где через растаявшую ледяную корку видно подповерхностный океан. Эта интерпретация весьма спорная. Большинство планетологов, изучающих Европу, склоняются к модели, называемой «толстым льдом», в которой океан редко (если это вообще случается) непосредственно взаимодействует с существующей поверхностью^[57]. В различных моделях приводятся разные оценки толщины ледяной оболочки, от нескольких километров до десятков километров^[58].

Лучшим доказательством модели «толстого льда» является изучение крупных кратеров Европы. Крупнейшие из них окружены концентрическими кольцами и, вероятно, заполнены относительно плоским, свежим льдом; на основании этого и расчётного количества тепла, произведённого приливами, можно спрогнозировать, что толщина внешней коры твёрдого льда составляет примерно 10-30 км, включая податливый слой из «тёплого льда», тогда глубина жидкого подповерхностного океана может достигать около 100 км^[33]. В таком случае, объём океана Европы равен 3 × 10¹⁸ м³, что в два раза превышает объём мирового океана Земли.

Модель «тонкого льда» предполагает, что толщина ледяной оболочки Европы может составлять всего несколько километров. Однако большинство ученых пришли к заключению, что данная модель рассматривает только самые верхние слои коры Европы, упругие и подвижные из за воздействия приливов Юпитера, а не ледяную кору в целом. Одним из примеров является анализ на выгиб, в котором кора спутника моделируется как плоскость или сфера, утяжелённая и согнутая под влиянием большой нагрузки. Данная модель предполагает собой, что толщина внешней упругой ледяной корки может составлять всего 200 метров, а это означает постоянные контакты подповерхностной жидкости с поверхностью через открытые борозды, вызывая формирование хаотических областей^[58]. В конце 2008 года возникла теория, что тепло, необходимое для поддержания океана в жидком состоянии, предположительно, вырабатывается за счёт приливных взаимодействий Юпитера на спутник по причине его небольшого, но ненулевого наклона (в частности, приливы поднимают поверхность спутника на высоту до 30 метров). Этот ранее не рассмотренный вид приливных сил производит так называемые волны Россби, которые движутся очень медленно (лишь по несколько километров в день), но могут генерировать значительную кинетическую энергию. Для текущей оценки наклона оси, равного 0,1 градусу, резонанс от волн Россби сохранил бы 7,3 × 10¹⁷ Дж от кинетической энергии, что в двести раз больше, чем у перемещений, вызванных доминирующими приливными силами^[59][60]. Диссипация этой энергии может служить основным источником тепла для океана Европы.

КА «Галилео» обнаружил, что у Европы имеется слабый магнитный момент, который вызван переменчивой частью магнитного поля Юпитера. Созданная магнитным моментом напряжённость поля на магнитном экваторе (приблизительно 120 нTл) составляет около одной шестой от напряжённости поля Ганимеда и в шесть раз превышает аналогичное значение Каллисто^[61]. Согласно расчётам, жидкий слой на этих спутниках начинается глубже и имеет температуру существенно ниже нуля (при этом вода остаётся в жидком состоянии благодаря высокому давлению). Существование переменного магнитного поля требует слоя высокоэлектропроводногоматериала под поверхностью спутника, что и служит лишним подтверждением большого подповерхностного океана из солёной воды в жидком состоянии^[28].

Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности показал наличие солей, в частности, сульфата магния («английская соль»)^[62]. Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также железистых и сернистых веществ^[63]. По-видимому, эти соли содержатся в океане Европы и исторгаются на поверхность через расщелины, после чего застывают в виде отложений. Кроме того, обнаружены следы перекиси водорода и сильных кислот (например, есть возможность того, что на спутнике имеется гидрат серной кислоты)^[64]. 
Внеземная жизнь 
До 1970-х годов человечество полагало, что наличие жизни на небесном теле полностью зависит от солнечной энергии. Растения на поверхности Земли получают энергию из солнечного света, высвобождая кислород в процессе фотосинтеза сахара из углекислого газа и воды, а затем бывают съедены дышащими кислородом животными, передавая свою энергию вверх по пищевой цепи. Даже считалось, что жизнь в глубинах океана, которая значительно ниже досягаемости солнечных лучей, зависит от питания либо органическим детритом, скатывающимся вниз с поверхности, либо от употребления в пищу животных, которые, в свою очередь, зависят от потока питательных веществ, связанных с солнечной энергией^[76]. Однако в 1977 году во время исследовательского погружения к Галапагосскому рифту в глубоководном аппарате Алвин учёные обнаружили колонии рифтий, моллюсков, ракообразных, мидий и других существ, сгруппированных вокруг подводных вулканических гидротермальных источников срединно-океанических хребтов, носящих название «Чёрный курильщик»^[76]. Эти существа процветают несмотря на отсутствие доступа к солнечному свету, и вскоре было обнаружено, что они представляют собой полностью независимую пищевую цепь. Вместо растений основой для этой пищевой цепи является форма бактерий, которая получает её энергию от окисления реактивных химикатов, таких как водород или сероводород, который пузырится из глубин Земли. Этот хемосинтез был источником революции в представлении биологии, показывая, что жизнь не должна быть зависима от Солнца, и что для существования жизни необходимы вода и энергетический источник. Это открыло новые возможности в астробиологии, расширяя число возможных мест для внеземной жизни. 
В наше время Европа рассматривается в качестве одного из основных местоположений Солнечной системы, где возможна внеземная жизнь^[77]. Жизнь может существовать в подповерхностном океане, в окружающей среде, вероятно, похожей на земные глубоководные гидротермальные источники или антарктическое озеро Восток^[78]. Жизнь в таком океане, возможно, была бы подобна микробной жизнив глубоком океане Земли^[79][80]. В настоящее время не существует никаких доказательств существования жизни на Европе, но вероятное присутствие жидкой воды побуждает отправлять туда для более пристального изучения научные исследовательские экспедиции^[81]. 
В то время как рифтии и другие многоклеточные эукариотические организмы вокруг гидротермальных источников дышат кислородом и, таким образом, косвенно зависят от фотосинтеза, анаэробные хемосинтезирующие бактерии и археи, которые населяют эти экосистемы, демонстрируют возможную модель для жизни в океане Европы^[74]. Энергия, вырабатываемая приливным горбом, стимулирует активные геологические процессы в пределах внутренней структуры Европы, которые аналогичны, но более очевидны на другом спутнике Юпитера — Ио. Хотя Европа, как и Земля, может обладать внутренним источником энергии от радиоактивного распада, энергия, производимая приливным горбом, будет на несколько порядков больше, чем любой источник радиации^[82]. Однако такой источник энергии никогда не мог бы поддерживать экосистему, такую же большую и разнообразную, как экосистема на поверхности Земли, основанная на фотосинтезе^[83]. Жизнь на Европе может существовать либо сгруппировано вокруг гидротермальных источников на дне океана, либо ниже дна океана, где, как известно, на Земле обитают эндолиты. Помимо этого, живые организмы могут существовать, цепляясь за дно ледяного слоя спутника, подобно морским водорослям и бактериям в полярных регионах Земли, или свободно плавая в океане Европы^[84]. 
Однако, если океан Европы слишком холодный, то биологические процессы, протекающие на Земле, не могут существовать. Аналогичным образом, если океан слишком соленый, то только исключительно галофилы могли бы выжить в его среде^[84]. В сентябре 2009 года профессор университета Аризоны Ричард Гринберг вычислил, что космические лучи, воздействующие на поверхность Европы, преобразовывают некоторый водяной лёд в свободный кислород (O₂), который, вероятно, из-за постепенной укладки свежего материала и блокированию тем самым его выброс в атмосферу, затем мог бы попасть в подповерхностный океан через трещины в поверхности спутника. По оценкам Гринберга, с помощью этого процесса океан Европы мог достигнуть большей концентрации кислорода, чем в океанах Земли, в течение нескольких миллионов лет. Это позволило бы Европе поддержать не просто анаэробную жизнь микробов, но потенциально большие аэробные организмы, такие как рыбы^[85]. Также микроорганизмы, по предположению Гринберга, могли попасть на поверхность луны Юпитера вместе с метеоритами^[86]. 
В 2006 году Роберт Т. Паппалардо, старший преподаватель Лаборатории атмосферы и космической физики (LASP) Колорадского университета в Боулдере, сказал: 
Мы потратили немало времени и усилий, пытаясь понять, был ли Марс когда-то обитаем. Возможно, сегодня Европа обладает наиболее пригодной для жизни окружающей средой. Мы должны подтвердить это…, но у Европы, вероятно, есть все компоненты для жизни… и не только четыре миллиарда лет назад…, но и сегодня. 
Планируемые миссии 
В последние годы разработано несколько перспективных проектов изучения Европы с помощью космических аппаратов. Цели этих миссий были разнообразные — от исследования химического состава Европы, до поиска внеземной жизни в её подповерхностном океане^[79][95]. Каждая миссия к Европе должна быть рассчитана с учётом высокой радиационной обстановки Юпитера^[6], так как Европа получает около 540 бэр излучения в день^[96]. Одно из предложений, выдвинутое в 2001 году, опирается на создание большого атомного «плавящего зонда» («Криобота»), который бы плавил поверхностный лёд, пока не достиг подповерхностного океана^[6][97]. После достижения им воды был бы развёрнут автономный подводный аппарат («Гидробот»), который собрал бы необходимые образцы и отослал бы их обратно на Землю^[98]. И «Криобот», и «Гидробот» должны были бы подвергнуться некоторой форме чрезвычайной стерилизации во избежание обнаружения земных организмов вместо организмов Европы и предотвращения загрязнения подповерхностного океана^[99]. Это предлагаемая миссия ещё не достигла серьёзного этапа планирования^[100]. 
7 января 2008 года директор Института космических исследований Л. М. Зелёный заявил, что европейские и российские учёные планируют направить к Юпитеру и Европе экспедицию из нескольких космических аппаратов. Проект предполагает выведение на орбиты Юпитера и Европы двух космических аппаратов, но российские учёные предлагают включить в программу третий, спускаемый аппарат, который совершит посадку на поверхности Европы. Спускаемый аппарат планируется посадить в одном из разломов в многокилометровом слое льда на поверхности планеты. После посадки аппарат расплавит полуметровый слой льда и начнёт поиск простейших форм жизни^[101]. Проект получил название «Лаплас - Европа П» и будет включён в программу Европейского космического агентства на период с 2015 по 2025 год. В нём приглашены участвовать российские учёные из Института космических исследований,НПО Лавочкина и других российских организаций космической тематики^[102][103]. 
Совместная NASA/ESA/Роскосмос космическая программа «Europa Jupiter System Mission» (EJSM), одобренная в феврале 2009 года, намечена на 2020 год. Число аппаратов, которые будут запущены, варьируется от двух до четырёх: «Jupiter Europa Orbiter» (NASA), «Jupiter Ganymede Orbiter» (ESA)^[104], «Jupiter Magnetospheric Orbiter» (JAXA) и «Jupiter Europa Lander» (Роскосмос). Европу будут изучать «Jupiter Europa Orbiter» и «Jupiter Europa Lander». Роскосмос и РАН планирует посадить аппарат «Jupiter Europa Lander» на поверхность Европы в рамках миссии «Лаплас — Европа П». 
Отменённые миссии 
апланированные миссии для изучения Европы (выявление признаков жидкой воды и возможной жизни) зачастую заканчиваются фальстартами и сокращениями бюджета миссий^[105]. 
До миссии EJSM одной из планируемых миссий был амбициозный проект Jupiter Icy Moons Orbiter, который первоначально планировался в рамках программы «Прометей» по разработке космического аппарата с ядерной энергоустановкой и ионным двигателем. Этот план был отменён в 2005 году из-за нехватки средств^[6][105]. Перед этим миссия «Europa Orbiter» получила разрешение в 1999 году, но была отменена в 2002 году. Аппарат, включённый в эту миссию, обладал специальным радаром, который бы позволил заглянуть под поверхность спутника^[30]. 
«Jovian Europa Orbiter» входил в концепцию «Космического видения» («Cosmic Vision») EPA с 2007 года. Миссия «Ice Clipper» использовала бы молотковую дробилку, что схоже с миссией «Дип Импакт», в которой посредством управления планировалось врезаться в поверхность Европы, создавая шлейф обломков пород, которые впоследствии были бы собраны малым космическим аппаратом, пролетающим сквозь этот шлейф^[106][107].

Более амбициозные идеи включали в себя молотковые дробилки в сочетании с тепловыми буравчиками  для поиска живых организмов, которые  могли бы быть заморожены неглубоко  под поверхностью.