ОКЕАН НА ЄВРОПІ?

Оригінал: https://sites.math.washington.edu//~greenber/EuropaHistory.html

В останні роки спостерігається значний інтерес до Європи – одного з чотирьох галілеєвих супутників Юпітера. Місія «Галілео» надала обнадійливі докази того, що під шаром льоду в Європі може бути океан рідкої води, і це стимулювало припущення про те, що в такому середовищі може існувати життя. Майбутня місія з відправлення космічного корабля на орбіту навколо Європи все ще очікує фінансування. (Див. Місія Європа: Загублені в бюджеті НАСА). Мета полягала б у тому, щоб остаточно визначити, чи такий океан справді існує. Якщо результат виявиться позитивним, наступна місія відправить якийсь роботизований підводний човен розтопити лід і досліджувати море під ним. На цій сторінці я спробую простежити походження ідеї про те, що під крижаною корою Європи може існувати океан. Потім я опишу деякі ранні припущення про те, як життя могло розвиватися в такому середовищі. Багато статей, книг і лекцій, які будуть згадані, обговорюють не лише Європу, але й два інших супутники Галілея - Ганімед і Каллісто, які в 1970-х роках також вважалося потенційно володіючи океаном рідкої води (все ще реальна можливість). Щоб надати колориту дослідженням і спекуляціям на цю тему, я наведу численні цитати, дозволяючи авторам говорити самі за себе. Читач також знайде численні посилання на різні споріднені теми та деякі чудові фотографії, доступні в Інтернеті (позначені зірочкою *).
 

Юпітер* має шістнадцять відомих супутників. Чотири найбільші — Іо*, Європа*, Ганімед* і Каллісто*, які були відкриті Галілеєму 1610 році. Симон Маріус, який, можливо, відкрив їх одночасно з Галілеєм, назвав їх на честь незаконних коханців Юпітера в грецькій і римській міфології. Зазвичай їх називають галілеєвими супутниками і в багатьох наукових статтях називають JI, JII, JIII і JIV у наведеному вище порядку (це порядок їхніх відстаней до Юпітера). Поки Pioneer 10 і 11 не досягли системи Юпітера* в 1973-74 роках, астрономи вивчали ці супутники за допомогою земних телескопів. Ще в 1951 році геофізик Г. Джеффріс запропонував можливість того, що Каллісто може частково або повністю складатися з води у формі льоду. Про це свідчить дуже низька щільність Каллісто, а також його альбедо. У лекції, прочитаній у 1957 році на засіданні Американського астрономічного товариства, астроном Г. П. Койпер обговорив своє дослідження спектру відбитого сонячного світла від супутників Галілея, яке ґрунтувалося на спостереженнях, зроблених в обсерваторії Макдональда. Згадавши помітну різницю між Європою та Ганімедом, він заявив, що : «Це найпростіше пояснити, якщо припустити, що JII та JIII покриті снігом H 2 O». У середині 1960-х років з’явилися додаткові докази того, що ці супутники можуть бути вкриті снігом. вода в певній формі була знайдена радянським астрономом В. І. Морозом, який писав, що: «Європа і Ганімед цілком можуть бути покриті льодом, якщо не повністю, то принаймні більшою частиною. Європа демонструє найглибше поглинання льоду і найнижчу температуру». Це знову ґрунтувалося на вивченні спектрів світла [A, B]. Потім, на початку 1970-х років, різні астрономи змогли забезпечити надійне підтвердження існування водяного інею або льоду на цих супутниках, проаналізувавши поглинання інфрачервоних частот сонячного світла, відбитого від їхніх поверхонь. Це стало можливим тому, що в той час, нещодавно були проведені лабораторні дослідження спектру водяного льоду для цих частот. Наприклад, у своїй статті Галілеєві супутники: Ідентифікація водяного інею (в Science, вип. 178, 1972), К. Б. Пілчер, С. Т. Ріджвей і Т. Б. МакКорд повідомляють про результати своїх вимірювань інфрачервоної відбивної здатності, спостережуваної за допомогою сонячного телескопа на Кітт Пік. Національна обсерваторія. Вони визначили, що від 50 до 100% поверхні Європи, від 20 до 65% поверхні Ганімеда та від 5 до 25% Каллісто вкрито водяним інеєм. Це одна з низки статей того ж періоду, які намагалися зрозуміти деталі поверхонь супутників Галілея шляхом ретельного вивчення властивостей світла, відбитого від Сонця та інших джерел.

Ідею про те, що Європа та інші вкриті льодом тіла в нашій Сонячній системі можуть мати океан рідкої води під кіркою льоду, вперше висунув Джон С. Льюїс у своїй статті «Супутники зовнішніх планет: їх фізична та хімічна природа» (яка з'явився в Icarus, том 15, 1971). Це теоретична стаття, яка пропонує моделі будови різних супутників зовнішніх планет нашої Сонячної системи на основі деяких спрощених припущень і деяких гіпотез щодо хімічного складу цих покритих льодом тіл. Доступні дані про їх склад були досить обмежені в той час, тому Льюїс пише: «Тому ми повинні значною мірою покладатися на наші знання про склад Сонця та хімічну поведінку летючих речовин [ таких як H 2 0] при низьких температурах, щоб зробити правдоподібні припущення щодо основного складу твердого матеріалу у зовнішній Сонячній системі. Льюїс починає статтю з короткого підсумку: «Стаціональні теплові моделі для крижаних супутників побудовані, в яких енергія, вивільнена радіоактивним розпадом [A, B] усередині супутників, точно збалансована чистими радіаційними втратами від їх поверхні. Показано, що галілеєві супутники Юпітера та великі супутники Сатурна, Урану та Нептуна, ймовірно, мають глибоко розплавлену внутрішню частину і, швидше за все, містять ядро ​​з водних силікатів, велику мантію з багатої на аміак рідкої води та відносно тонку кірка льоду.» Серцем статті є математичний аналіз потоку тепла від ядра до поверхні внаслідок явища, відомого як конвекція [A, B,C]. Цей аналіз ґрунтується на оцінках температури поверхні цих крижаних тіл. кількість тепла, яке виділяється в активній зоні радіоактивними елементами. Швидкість нагрівання в активній зоні вважається такою, що визначається середньою швидкістю розпаду урану, торію та радіоактивного калію. Наприкінці цієї статті, Льюїс припускає, що якщо в цих покритих льодом тілах існує океан, то може існувати помітне магнітне поле, яке слід шукати: «Протяжна електропровідна мантія, змушена конвекувати під впливом тепла знизу, може сприяти виробленню вимірюване магнітне поле.
 

У трохи більш ранній статті під назвою «Супутники зовнішніх планет: теплові моделі» ( у журналі Science, вип. 172, 1971) Льюїс оголосив свою теорію, обговорюючи, зокрема, Каллісто : «Теплові моделі сталого стану для великих супутників зовнішніх планет дуже сильно вказують на те, що в даний час їх внутрішній простір підтримується при температурах, значно вищих за температуру евтектики льоду і аміаку, завдяки розпаду довгоживучих радіоізотопів калію, урану та торію. Показано, що сучасна стаціонарна теплова структура репрезентативного супутника JIV (Каллісто) характеризується наявністю тонкої крижаної кірки над глибокою рідкою мантією з щільним ядром із водних силікатів і оксидів заліза. Через кілька років, у 1974 році, Льюїс прочитав одну з дев’яти лекцій Гуггенхайма в серії під назвою «Людина і космос»в Смітсонівському інституті. Його лекція під назвою «Зовнішні планети» включає обговорення великих супутників у нашій Сонячній системі, в якій він описує свою теорію так: «Суміш крижаного та кам’яного матеріалу, зібрана в тіло розміром з Меркурій, нагрівається за допомогою розпад природних радіоактивних елементів у йогосередині, що спричиняє його танення. Щільні силікати осідають, утворюючи ядро, яке ми можемо вважати зробленим із бруду. Це залишить дуже тонку крижану кірку, що плаватиме на товстій мантії складається з розчину аміаку у воді. Така структура не спостерігалася космічними кораблями чи прямими спостереженнями, але це припущення про те, що ми колись можемо спостерігати під час дослідження супутників зовнішніх планет» щойно згаданого Льюїса та кількох інших теоретичних робіт, які тут обговорюватимуться, базуються на теоріях про формування та ранню історію Сонячної системи [A, B, C]. Юпітер і його система супутників, що обертаються, могли виникнути аналогічно формуванню нашого Сонця та планет, що обертаються навколо нього. Деталі цієї ранньої історії могли б бути відповідальними за багато характеристик цих супутників, якими вони є сьогодні - їхні орбіти, хімічний склад, щільність тощо. Стаття під назвою «Наслідки історії раннього скорочення Юпітера для складу галілеєвих супутників» Дж. Б. Поллака та Р. Т. Рейнольдса була опублікована в 1974 році (в Icarus, вип. 21), досліджуючи наслідки теорій про утворення Юпітера та його супутників. Автори пишуть: «Нещодавні розрахунки історії гравітаційного скорочення Юпітера вказують на те, що світність Юпітера була на порядки більшою на початку його життя, ніж сьогодні. У результаті можна припустити, що конденсація крижаних летких речовин для утворення супутників буде перешкоджана. на близьких відстанях до Юпітера, і можуть бути створені відмінності в складі супутників Юпітера. Ми припускаємо, що спостережувані систематичні варіації середньої щільності галілеєвих супутників із відстанню від Юпітера є результатом вищевказаних обставин». На основі цих останніх розрахунківвони стверджують, що супутники Галілея мали велику кількість рідкої води принаймні протягом мільйонів років у своїй ранній історії і що «водяний лід, здається, єдиний лід, який, ймовірно, конденсується у значних пропорціях, тобто супутники Галілея [на даний момент] суміші кам’яного матеріалу та водяного льоду.» Їх теорія також дає пояснення того факту, що щільністьГалілеєвих супутників зменшується з відстанню до Юпітера. Тобто найбільшу щільність має Іо, а найменшу – Каллісто.
 

Міжнародний астрономічний союз спонсорував конференцію в Корнельському університеті в 1974 році під назвою «Планетарні супутники». У 1977 році був опублікований досить великий том із такою ж назвою під редакцією Дж. А. Бернса, який містить 27 статей, що підсумовують стан знань у середині 1970-х років щодо різних супутників нашої Сонячної системи. Більшість цих доповідей виникли як лекції, виголошені на цій конференції. Стаття Дж. Дж. Консольманьо та Дж. С. Льюїса під назвою «Попередні моделі термічної історії крижаних супутників» представляє основні концепції та вихідні припущення теплових моделей, які автори розробили на основі ідей зі статей Льюїса 1971 року. Інші статті в томі стосуються кілець Сатурна, атмосфери Титану, поверхні деяких супутників, теорій про формування зовнішніх планет і їхніх супутників. Кілька статей обговорюють орбіти супутників, як орбіти еволюціонують з часом, а також явище орбітального резонансу, яке виявляється особливо цікавим і важливим для супутників Галілея.
 

Інша стаття з конференції «Планетарні супутники» під назвою «Поверхня Іо та історія галілейських супутників» Ф. П. Фанале, Т. В. Джонсона та Д. М. Матсона досить детально обговорює можливу природу поверхні Іо та те, як вона могла виникнути. Спостереження з Землі та Піонерів 10 і 11 чітко показали, що Іо суттєво відрізняється від Європи, Ганімеда та Каллісто. Автори стверджують, що Іо починалася з набагато меншою кількістю води, яка потім була витягнута на поверхню і, можливо, досить повністю випарувалася з цього тіла в космос, залишивши поверхню покритою утвореними солями: «Після розгляду поточних даних і різних гіпотез складу ми приходимо до висновку, що Властивості Іо можна найкраще пояснити, якщо припустити, що поверхня Іо в значній мірі вкрита солями, що «випаровуються», утвореними дефлюидизацією внутрішніх частин Іо, міграцією насичених сіллю розчинів на поверхню Іо та подальшою втратою H2O у космос. Поверхня Іо, здається, є кінцевим результатом процесу дегідратації поверхні. На поверхні Європи ця дегідратація не є повною, і, схоже, останнім часом до неї додається «чистий» лід H2O швидше, ніж швидкість втрати. Ганімед і Каллісто (особливо Каллісто), мабуть, мають дуже товсті (>100 км) крижані кірки, що покривають величезні (>600 км) мантії рідкого H2О. Автори дійшли цих висновків, розробляючи моделі теплової історії супутників Галілея за допомогою підходу, який математично дещо відрізняється від підходу Консольманьо та Льюїса. Що стосується Європи, то їхня модель припускає набагато тоншу кірку льоду та ймовірність лише рідкої водяної мантії.
 

Pioneer 10 прибув до системи Юпітера та почав надсилати цінні дані наприкінці 1973 року. Ця зустріч викликала підвищений інтерес до Юпітера та його супутників і призвела до планування тому, присвяченого останнім дослідженням. Том, який став 1200-сторінковим збірником під назвою «ЮПІТЕР: Дослідження внутрішньої частини, атмосфери, магнітосфери та супутників» (за редакцією Т. Герельса), з’явився в 1976 році. В одній великій статті AGW Cameron і JBPollack обговорюється походження Юпітера та його супутники. Багато інших робіт детально обговорюють різні питання про атмосферу Юпітера, іоносферу, магнітне поле та радіаційні пояси. Супутникам Юпітера присвячено понад 200 сторінок. Існує стаття Льюїса та Консольманьо під назвою «Структурні та теплові моделі крижаних галілейських супутників», у якій наведено досить детальні моделі для Європи, Ганімеда та Каллісто. У статті висуваються різні набори гіпотез щодо ранньої історії цих супутників, а моделі базуються на комп’ютерному моделюванні, проведеному раніше Consolmagno. У висновку цієї статті автори припускають на основі своїх моделей, що в даний час Каллісто може мати океан рідкої води глибиною 1000 км, покритий 200-кілометровою корою, що складається з каменів і льоду, а Ганімед може мати 400-кілометровий океан. Океан із рідкою водою глибиною 800 км і товщиною кірки льоду 100 км, і Європа може мати океан рідкої води глибиною 100 км під кіркою льоду товщиною 70 км.
 

Ось кілька цитат із статті Льюїса-Консольманьо: «Моделі термічної історії представлені для набору можливих початкових структур. Передбачено повне танення та диференціація льодового компонента Європи та Ганімеда через внутрішні джерела тепла». У розділі, в якому описуються їхні моделі для Європи після різних періодів часу (від початку виникнення системи Юпітера), вони пишуть: «Після 250 мільйонів років уже відбулося значне танення, що призвело до диференціації води та силікатів. просунувся майже до поверхні, і зараз існує кора чистого льоду.» «Через 4,5 мільярда років може існувати структура, подібна до тієї, яку ми очікуємо зараз. Тонка кірка льоду покриває конвекційну область води, яка охолоджує верхні шари силікатного ядра. Вироблення тепла в активній зоні також знизилося, оскільки радіоактивні нукліди розпадаються. Однак центр все ще ефективно ізольований від поверхні та продовжує нагріватися, досягаючи температури 2800ºK». «Внутрішніх джерел тепла, здається, достатньо для того, щоб Європа і Ганімед повністю розтанули в певний момент їхньої історії (принаймні в межах 30 км поверхні).» «Європа з 10% вмістом води зараз матиме 70-кілометрову крижану кору, 100-кілометрову водну мантію та скелясте ядро ​​радіусом 1400 кілометрів.» «Наші моделі передбачають значну температуру розширення, і це може спричинити значні тріщини в земній корі, що призведе до підняття менш щільного рідкого матеріалу під нею та, зрештою, до катастрофічного перекидання шарів земної кори. Але теплове розширення, здається, відбувається досить повільно, тому пластичний потік льоду повинен загоювати такі тріщини в міру їх розвитку.» «Європа і Ганімед, з тонкою кіркою льоду, як ми передбачаємо, легше пробити ударом: тоді рідка вода може витікати з мантії на поверхню, утворюючи плоску чисту рівнину... «Дві місії».
 

Вояджера прибули в системі Юпітера в 1979 р. Протягом того жроку було опубліковано три важливі статті, які суттєво змінили теоретичну картину, т. 6), була написана наприкінці 1978 р. Ця стаття поставила під певні сумніви теоретичні моделі внутрішньої частини супутників Галілея, запропоновані раніше. Автори стверджують, що кірка льоду, яка покриває шар рідкої води та товщиною щонайменше 30 км була б нестабільною.Тобто, хоча шар рідкої води нагрівається знизу внаслідок радіоактивного розпаду в ядрі, він все одно поступово замерзав би через холодну крижану кору нагорі. Вони пишуть: «Теплова конвекція в цьому планетарному шарі льоду є ефективною і затвердіє підстилаючу рідку оболонку за короткий час порівняно з віком тіла». Їх математичний аналіз заснований на вивченні конвекції твердого тіла в крижаній кірці. Якщо кірка льоду досить товста, то величина, яка називається числом Релея, перевищить певне критичне значення, і це означатиме, що кірка льоду нестабільна. Теплові моделі, передбачені Консольманьо та Льюїсом, означають, що крижані кірки на Ганімеді, Каллісто та Європі товщі за 30 км. Потім автори пишуть, що: «Міркування цього дослідження найбільш конкретно стосуються Ганімеда та Каллісто, з ймовірним застосуванням до Європи, Титану та Тритона, усі з яких, як очікується, містять великі частки H 2 O». Таким чином, здавалося б, що Ганімед, Каллісто і, ймовірно, Європа повинні мати замерзлу кірку льоду, яка покриває ядро, нагріте радіоактивним розпадом, і без мантії з рідкої води між ними.
 

Однак, як виявилося, існує ще одне можливе джерело тепла - величезна сила тяжіння Юпітера. Всього через кілька місяців Рейнольдс і Кассен разом із С. Дж. Піл написали статтю під назвою «Танення Іо внаслідок припливного розсіювання», яка була опублікована в Science, vol. 203 і з'явився лише за кілька днів до прольоту «Вояджера-1» повз Іо 5 березня 1979 року. Згідно з оглядовою статтею Содерблюма в січневому номері журналу Scientific American за 1980 рік, ця стаття викликала неабиякий хвилювання в NASA через її дивовижне передбачення про те, що на поверхні Іо має бути широка вулканічна активність. Протягом кількох тижнів це передбачення було підтверджено вивченням зображень Іо*, надісланих «Вояджером-1». Ідея полягає в тому, що гравітаційна сила Юпітера на Іо повинна змінюватися в достатній мірі, коли Іо рухається навколо Юпітера, щоб створити сильний приливний ефект [A, B, C]. Супутники Галілея мають орбіти, які майже кругові. Але не зовсім круговий! Ці орбіти є еліптичними, і відмінність від ідеальної круглості вимірюється числом, яке називається ексцентриситетом. Найбільший ексцентриситет має орбіта Іо. Іо займає лише 42,5 години, щоб зробити один оберт навколо Юпітера. Це означає, що Іо досягає точки на своїй орбіті, яка є найближчою до Юпітера, трохи більше ніж через 21 годину після досягнення найдальшої точки. Протягом цього проміжку часу гравітаційна сила Юпітера на Іо змінюється приблизно на 17%. Результуючий поштовх і тяга на поверхні Іо створює тепло тертя і значне танення під поверхнею і, як наслідок, вулканічну активність.
 

Для Європи має бути подібний приливний ефект. Щоб здійснити один оберт по орбіті, Європі потрібно трохи більше 85 годин. Ексцентриситет цієї орбіти менший, ніж орбіти Іо, і сила тяжіння Юпітера до Європи змінюватиметься приблизно на 4% протягом одного оберту, знову створюючи значний приливний ефект протягом дуже короткого інтервалу часу. Кассен, Рейнольдс і Піл розвивають цю ідею в статті, написаній приблизно за місяць до прольоту «Вояджера-2» над Європою 9 липня 1979 року. Ця стаття мала назву «Чи є рідка вода на Європі» і була опублікована в Geophysical Research Letters, том. 6 вересня того ж року. Автори пишуть: «Цілком можливо, що приливна дисипація в крижаній кірці на Європі зберегла під собою шар рідкої води, за умови, що орбітальний резонанс трьох тіл для Іо, Європи та Ганімеда є давнім. Шар рідкої води міг бути постійне джерело спостережуваного поверхневого інею. Якби водна мантія Європи була коли-небудь повністю замерзла, нагрівання через розсіювання припливів не перевищувало б нагрівання радіоактивними елементами, і мантія залишалася б замороженою.»

Фраза «орбітальний резонанс» стосується того факту, що період, за який Іо робить один оберт навколо Юпітера, становить майже рівно половину періоду, за який Європа здійснює оберт по орбіті, а цей період, у свою чергу, становить майже рівно половину періоду для Ганімеда виконати орбіту [A, B]. Саме цей ритм відповідає за ексцентриситет орбіти Іо та Європи. Автори стверджують, що якби цей орбітальний резонанс був присутній досить рано в історії Європи, то приливний вплив на льодяну кірку міг генерувати достатньо тепла від тертя, щоб запобігти замерзанню рідкої водяної мантії. Вони пишуть: «Але припустімо, що мантія Європи H2O колись розплавилася внаслідок якогось іншого процесу, можливо, під час формування супутника. Тоді нагрівання через приливне розсіювання у зростаючій крижаній кірці може запобігти замерзанню всієї мантії. крижана кора більша, ніж у повністю твердому тілі, тому що кора без опори піддається більшій деформації, навіть якщо приливні сили однакові.З поточним ексцентриситетом максимальна амплітуда змінного припливу на Європі наближалася б до 50 метрів протягом тонка крижана кірка над водою.»Математичний аналіз у цій статті ефекту приливних сил і ефекту теплової конвекції в твердій корі приводить авторів до двох можливостей для поточної ситуації на Європі: «За умови, що ексцентриситет орбіти був близьким до свого теперішнього значення протягом більшої частини історії Європи, може існувати рівноважна конфігурація, в якій тепло, утворене розсіюванням припливів у тонкій крижаній кірці (<10 км), врівноважується теплопровідністю до поверхні. Приливне розсіювання значно перевищить тепло, яке виробляється радіоактивними елементами. Під крижаною кіркою існував би глибокий (~90 км) океан» або «Існує інша рівноважна конфігурація, в якій уся мантія H2O замерзла, і в якій приливне розсіювання посилює (але, ймовірно, не перевищує) радіоактивне нагрівання.»

Автори також розглядають можливе розламування крижаної кори. Вони пишуть: «У ситуації, коли розсіювання припливів здатне підтримувати тонку стабільну кору, можна запитати, чи залишиться така кора цілою чи ні». На основі математичного аналізу порівнюється міцність на розрив крижаної кори з напруги, якій він піддається припливними силами, вони дійшли висновку, що: «Приливні напруги можуть бути достатньо великими, щоб розірвати тонку кірку льоду, таким чином дозволяючи воді випаровуватися та випадати в осад в інших місцях супутника». Як вони пояснюють, такі тріщини виявляють підстилаюча вода до умов, близьких до вакууму на поверхні, і призведе до сильного кипіння води. Однак вони зазначають, що якщо рідка водна мантія все ж замерзне, кора буде змушена розширюватися, і це також призведе до тріщин на поверхні.
 

Вчені, які вивчали зображення, отримані «Вояджером-2», опублікували короткий виклад своїх висновків та інтерпретацій у номері Science за листопад 1979 року (у «Галілеєвих супутниках Юпітера», «Вояджер-2 Imaging Science», автором якого є Б. А. Сміт та 21 інший член відділу обробки зображень). команда). Дві сторінки присвячено Європі. Після обговорення гіпотетичних теоретичних моделей внутрішньої частини Європи, які передбачають шар рідкої води, автори припускають, що темніші області на поверхні Європи*можуть бути областями, де кам’яне ядро ​​підходить досить близько до поверхні льоду (в межах ~ 10 км). Якщо це так, вони стверджують, що загальна глибина шару рідкої води повинна бути меншою, ніж передбачена теоретичними моделями (~50 км), оскільки інакше рельєф ядра був би надзвичайно великим для тіла розмірів Європи. Це приводить їх до висновку, що щільність ядра буде низькою і, отже, воно може містити значну кількість води. Автори також обговорюють темні лінійні позначки в яскравіших областях поверхні Європи*, припускаючи, що вони могли бути спричинені розширенням крижаної кори внаслідок замерзання раннього океану, утворюючи тріщини в льоду, які могли бути заповнені рідинами знизу і які зараз видно як темні плями. Ширина цих позначень, оцінена на основі зображень, зроблених «Вояджером-2», вказує на те, що розмір розширення повинен становити приблизно від 5 до 15 відсотків площі поверхні. Щоб пояснити це велике розширення, вони припускають, що тонкий (~50 км) океан міг утворитися протягом певного періоду часу в результаті виділення води з ядра, і що замерзла кора була змушена пристосовуватися до збільшення обсягу той океан.
 

У номері National Geographic за січень 1980 року є чудова стаття Ріка Гора під назвою «Що побачив Вояджер: сліпуче царство Юпітера». Це довга стаття, наповнена прекрасними фотографіями з «Вояджера» та багатьма цитатами різних вчених, які брали участь у місії «Вояджер», про те, що вони очікували побачити та чого вони дізналися під час місії, і їй вдається передати хвилювання навколо нових відкриттів. Щодо Європи: «Однак Європа була зіркою «Вояджера-2». Вчені передбачали, що багата водою Європа може нагріватися тим самим способом, що й Іо, хоча й набагато меншим. «Ми сподівалися побачити, що Old Faithful згасне, «Вояджер-2 не бачив гейзерів, але його роздільна здатність була достатньою для виявлення мамонтових». Коментуючи дивовижну площинність Європи та відсутність кратерів, що змусило вчених зробити висновок, що поверхня Європи відносно молода : Приливне нагрівання, подібне до Іо, може справді утримувати пластичну кору Європи та океан під рідким або м’яким льодом. Але ніхто не може зробити більше, ніж припустити, які механізми використовує Європа, щоб стирати свої кратери». Останніми роками булозначно припущення про можливість існування життя на або в Європі. Це було викликано дедалі більшою кількістю доказів того, що під крижаною корою Європи дійсно може існувати океан. Одна з ідей, яка часто висловлювалася, полягає в тому, що геотермальна енергія, яка є основним джерелом енергії, що підтримує життя в деяких глибоководних регіонах на Землі, також може забезпечити необхідне джерело енергії для життя на дні Європейського океану. Перше відкриття цих глибоководних спільнот життя на Землі відбулося в 1977 році - експедиція Роберта Балларда в Елвіні до рифтової зони глибоко під Тихим океаном біля Галапагоських островів. Це відкриття було темою статті в номері National Geographic за жовтень 1977 року («Оазиси життя в холодній безодні», Дж. Корлісс і Баллард), а пізніша експедиція привела до іншої статті в номері за листопад 1979 року (Повернення до оазис глибин, Баллард і Дж. Ґрассл). Обидві статті наповнені інтригуючими фотографіями, на яких зображені певні види гігантських хробаків і молюсків, а також інші екзотичні істоти, які процвітають у цих регіонах, здавалося б, без жодної залежності від сонячного світла. (A, B, C).
 

Ці відкриття на Землі разом із теоріями про можливі океани на Європі, Ганімеді та Каллісто надихнули деяких людей на встановлення зв’язку вже наприкінці 1970-х років. Одним із яскравих прикладів є фізик Джеральд Файнберг, який прийшов до цієї ідеї на початку 1979 року та зрозумів, що теорія, яку він розробив разом із біохіміком Робертом Шапіро (представлена ​​в їхній книзі «Життя за межами Землі», опублікованій у 1980 році), може пояснити, як може виникнутижиття. розвиватися глибоко в цих Галілейських океанах. Основною вимогою для їхньої теорії було б, щоб внутрішнє тепло від кам’яного ядра цих тіл досягало океану в концентрованому вигляді, наприклад, під час виверження вулкана або підйому гарячого газу, що створило б необхідне «відхилення від рівноваги». 19 і 20 червня 1979 року в Дослідницькому центрі Еймса NASA відбулася конференція «Життя у Всесвіті». На цій конференції Бентон Кларк прочитав лекцію «Сульфур: джерело життя у Всесвіті», в якій він обговорював біохімію цих глибоководних жерлових спільнот, відкритих на Землі, вказуючи, що вони опосередковано залежать від сонячного світла: фотосинтез біля поверхні океанів виробляє кисень, який потрібен цим спільнотам. Потім Кларк пояснив, як сірка може відігравати роль кисню, і що викиди глибоководних вулканів потенційно можуть забезпечити всі необхідні інгредієнти для самопідтримуваної екосистеми. У заключній частині своєї лекції Кларк підняв питання про можливість існування життя в підземних океанах на крижаних супутниках у нашій Сонячній системі, включаючи Європу, Ганімед і Каллісто.

У січні 1980 року Річард Гогланд опублікував велику статтю під назвою «Загадка Європи» в журналі Star & Sky. Він зосереджений саме на Європі, і був натхненний зображеннями Європи, наданими місією «Вояджер» у липні 1979 року, а також теорією про те, що припливне нагрівання може підтримувати океан на цьому тілі під кіркою льоду. Наприкінці статті Хоугланд також робить зв’язок із відкриттями екосистем донного життя океану поблизу глибоководних жерл і припускає, що Європа «має всі складові, щоб дозволити існування подібних внутрішніх оазисів життя».

Нижче ми обговоримо ідеї цих людей більш детально, а також деякі ще більш ранні припущення про життя в Галілейському океані, починаючи з 1975 року, до відкриттів, зроблених експедицією Балларда в 1977 році. Можливість того, що деякі супутники Юпітера могли мати океан став дещо широко відомим у 1970-х роках. У своїй книзі «Позаземні цивілізації», опублікованій у 1979 році, Айзек Азімов згадує, що Ганімед і Каллісто можуть мати океани під товстою кіркою льоду. У «Нових світах для старих» (також опублікованій у 1979 році) Дункан Лунан присвячує значну частину свого розділу про Юпітер супутники Галілея. Він пише, що «поверхня Іо могла мати великі шари солі, можливо, відкладені внаслідок випаровування води з-під землі в минулому. Якщо так, то Європа і Ганімед все ще можуть мати підземні «океани». (І Ганімед, і Європа, здається, мають поверхню водяний лід.)»Трохи пізніше він пише, що «4 травня 1976 року Дослідницький центр Еймса надіслав нам найбільш приголомшливу інформацію на сьогоднішній день. Ганімед, здається, може бути майже повністю водою - єдиною краплею, більшою за Меркурій, укладеною в камінь і лід». У своїй цитованій вище книзі Азімов порушив це природне питання: чи може життя розвиватися в «області вічної темряви, відгородженій від решти Всесвіту безперервним шаром льоду товщиною в милі?»
 

Гай Консольманьо, який працював над теоретичними моделі океанів на Європі, Ганімеді та Каллісто з Джоном Льюїсом з Массачусетського технологічного інституту, включив додаток до своєї магістерської дисертації 1975 року «Моделі термічної історії крижаних супутників», де він припустив, що Європа може мати початок органічної хімії, якщо кам’яне ядро ​​настільки ж багате вуглець як деякі з примітивних метеоритів. Він зазначив, що ядро ​​буде в тісному контакті з великою мантією води і що геологічна еволюція, подібно до потоків лави, може відбуватися, викликаючи захоплення геохіміка можливими реакціями, які легко порівняти зі складністю солоних океанів Землі. Він завершив свою дисертацію, написавши : «... ми не постулюємо форми життя в цих мантіях; ми залишаємо це іншим, більш досвідченим, ніж ми, у таких спекуляціях». У своїй книзі «Брат астроном — пригоди вченого з Ватикану», опублікованій у 2000 р. Консольманьо розповідає про розмову, яку він мав із Карлом Саганом перед тим, як той мав представити свою роботу над моделями океанів на супутниках Галілея на конференції про Юпітер у 1975 році. Консольманьо припустив Сагана, що такі океани можуть бути місцями для шукати життя. Саган відповів досить скептично, сказавши, що «Для життя потрібна енергія, сонячне світло. Як ти збираєшся пройти сонячне світло крізь товсту кірку льоду.» Під час сесії запитань і відповідей після своєї презентації Консольманьо згадав свою ідею про можливість існування життя в Галілейських океанах, відразу додавши: «Але доктор Саган зазначив, що для них немає джерела енергії - там немає сонячного світла. Цікаво, що у своїй великій статті «Сонячна система за межами Марсу: Екзобіологічний огляд», яка була опублікована в Space Science Reviews, вип. 111, у 1971 році, сам Саган включив Європу, Ганімед і Каллісто до списку тіл зовнішньої Сонячної системи. який, на його думку, відкривав «цікаві екзобіологічні можливості». Лише присутність води у формі льоду чи снігу на поверхні цих тіл спонукала Сагана зробити таке зауваження. Артур К. Кларк зробив подібне зауваження про Європу та Ганімед у 1974 році у своєму есе «Наближення до життя в космосі», написавши, що вони мають «принаймні одну з передумов для життя: наявність води» [у формі інею чи льоду].
 

Книга Дункана Лунана «Нові світи для старих» заснована на дискусіях і публічних лекціях, спонсорованих у середині 1970-х років. ASTRA - Шотландська асоціація досліджень астронавтики. Ця група була заснована в 1953 році і досі є дуже активною. Книга Лунана щільно наповнена проникливими та добре поінформованими припущеннями про нашу Сонячну систему. Розділ 9, який присвячений Юпітеру, може багато сказати про супутники Галілея. Припущення про те, як може почати розвиватися життя на Галілеях, залишилися на останніх двох сторінках цього розділу - лише кілька провокаційних абзаців. Ось кілька цитат: «В ASTRA Роберт Шоу припустив, що життя може виникнути після проходження комети через систему Юпітера: тепер, коли ми знаємо, що комети мають величезні водневі гало, ми можемо очікувати, що коли людина взаємодіє з тонкою атмосферою Галілея, вона генерує потужні електричні бурі, можливо, синтезуючи складні молекули, як блискавка могла зробити на первісній землі.»«Зі штормами та послідовним замерзанням і відтаванням атмосфери під час затемнень такі сполуки можуть потрапити в рідкі резервуари під землею - або повільніше взаємодіяти в снігу. Однак будь-яке життя, яке виникає, повинно пережити радіаційні пояси; якщо він захищений щілиною, він повинен мати якесь джерело енергії, наприклад вулканізм, щоб замінити сонячне світло.»

Лунан пропонує власні припущення, засновані на гіпотезі А. Т. Лоутона, представленій на ASTRA: «... під час дискусії він [Лоутон] припустив, що навколо Сонячної системи може існувати кільце пилу, яке постійно стікає в неї. Таким чином Галілея Місяці могли бути піддані протягом тривалого періоду випаданню міжзоряного пилу [1, 2, 3], багатого на важкі елементи від вибухів наднових. Такий поверхневий пил цілком міг дати галілеянам складні хімічні властивості. Тоді все залежить, знову ж таки, від чи бурі переносять такі сполуки в щілини - щоб захиститися від радіації, можливо, щоб просочитися в тепліші регіони.»«Підземна вода значно збільшить шанси на розвиток життя. У рідкому середовищі необхідні хімічні взаємодії набагато більш імовірні. відбуваються, і примітивні організми мають більше шансів поширюватися, виживати та розвиватися. На Ганімеді та Каллісто принаймні є водяний лід; їх щільність низька; чи це надто спекулятивно уявити собі внутрішнє тепло та підземні озера, навіть моря?
 

Після згадки про те, що Ганімед може бути майже цілком водним, Лунан пише: «Уявіть, що ви дивитеся на це з вікна, обертаєтеся навколо нього, приземляєтеся на ньому...»…Уявіть собі, що ви проникаєте в кору, відправляючи вниз перший батискаф…Вода буде прозорою чи каламутною? Як далеко занесуть вогні? Чи може бути життя в цій неймовірній темряві, що чіпляється за кишені радіоактивного тепла на нижній стороні цієї надзвичайної оболонки? Дункан Лунан закінчує розділ, пишучи, що «щойно наземна промисловість буде створена на орбіті Землі, з’являться … ймовірно, не більше ста років, перш ніж на Ганімеді з'являться морські біологи.»

Книга «Життя за межами Землі: Путівник розумного землянина про життя у Всесвіті» зовсім інша. Автори Джеральд Файнберг і Роберт Шапіро дотримуються систематичного підходу, намагаючись розвинути дуже широку перспективу того, як і де може зародитися життя у Всесвіті. Один довгий розділ присвячено загальним умовам, необхідним для життя; інший розділ розглядає різноманітність можливих хімічних речовин, які можуть служити основою для життя. Їхні ідеї були представлені в лекції під назвою «Можливі форми життя в середовищах, дуже відмінних від Земля, наданий Фейнбергом на конференції «Інопланетяни: де вони?», яка відбулася в Університеті Меріленда в листопаді 1979 р. Автори пропонують таке визначення Життя, на якому базується вся їхня дискусія: «Життя — це, по суті, діяльність біосфери. Біосфера — це високовпорядкована система матерії та енергії, що характеризується складними циклами, які підтримують або поступово підвищують порядок системи шляхом обміну енергією з навколишнім середовищем». Наприклад, вони вважають біосфера Землі включає сукупність усіх живих істот разом із усіма неживими істотами, які беруть участь у їхній метаболічній діяльності. Автори пропонують наступні три умови для виникнення та розвитку життя: «Потік вільної енергії». «Система матерії, здатна взаємодіяти з енергією та використовувати її для впорядкування». «Достатньо часу, щоб створити складність, яка ми асоціюємо з життям». На Землі ці умови забезпечуються світловою та хімічною енергією, нуклеїновими кислотами та білками, а також еонами часу відносно стабільного середовища. 
 

Остання третина книги присвячена ознайомленню читача Сонячною системою та її межами з точки зору загальних принципів, які автори вже повністю описали. Їхнє обговорення супутників Галілея ґрунтується на теоретичних моделях, запропонованих Консольманьо та Льюїсом у 1976 році. Вони стверджують, що Європа, Ганімед і Каллісто досить схожі один на одного, тому вони просто зосереджують обговорення на Ганімеді, оскільки це найбільший. Ось кілька цитат із цієї дискусії. «Під крижаною кіркою, товщиною від п’ятдесяти до ста кілометрів, лежить величезний океан глибиною п’ятсот кілометрів. Ситуація нагадує ситуацію нашого Північного Льодовитого океану, але океан Ганімед більший. Там у двадцять п’ять разів більше рідини. вода під льодом Ганімеда, як і на всій Землі. Нижче цього океану знаходиться скелясте ядро, температура якого коливається від 25º C на дні океану до кількох тисяч градусів у центрі Ганімеда.»«Ні крижана поверхня Ганімеда і його океан не є чистою водою. Вода містить розчинені домішки багатьох видів, як і океани Землі. Точна хімічна форма цих домішок невідома, але вони цілком можуть містити ті самі елементи та прості сполуки, що присутні в первісних океанах нашої планети. Крім того, океан Ганімеда, ймовірно, існував у своєму теперішньому вигляді кілька мільярдів років.Тому цей океан задовольняє дві умови, необхідні для життя: відповідну матеріальну базу та достатньо часу для добіотичної та дарвінівської еволюції.

Вирішальним фактором, який може визначити, чи існує життя в океані Ганімед, є те, чи існувало відповідне джерело енергії, щоб вивести матерію з рівноваги. Вода захищена від слабкого сонячного світла Ганімеда крижаною кіркою. Важко уявити, щоб якась корисна енергія потрапляла в океан зверху. Однак є інший напрямок, звідки енергія може досягати океану - знизу від гарячого скелястого ядра. Ті самі радіоактивні розпади, які спочатку розплавили Ганімед, все ще виробляють тепло в ядрі, і це тепло виходить до океану в різних формах. Для того, щоб використовуватися як джерело енергії для життя, внутрішнє тепло має досягати океану в концентрованому вигляді, наприклад, під час виверження вулкана або підйому гарячого газу. В іншому випадку тепло лише трохи підвищить загальну температуру на дні океану, і не буде доступно як безкоштовна енергія для життя. З огляду на наш поточний рівень знань про внутрішню роботу Ганімеда, ми не можемо бути впевнені, чи існуватимуть під його океаном багаті концентровані джерела енергії. Аналогія із Землею припускає, що значна частка енергії буде виникати в концентрованій формі в локальних гарячих точках, і в цих точках можуть виникнути відхилення від рівноваги, які є початком життя. (Місця на дні океану на Землі, де виходять гарячі джерела, є багатими місцями для живих істот. Ці території отримують своє основне джерело енергії з мінералів у гарячих джерелах, а не від Сонця.) «Звичайно, як зазначили автори, ці припущення однаково добре застосовуються до Європи та Каллісто, припускаючи справедливість моделей Консольманьо-Льюїса для цих тіл.Остання цитата в дужках стосується відкриттів експедиції Балларда в 1977 році процвітаючих спільнот життя в глибоких океанських жерлах в Зона Галапагоського рифту.
 

Конференція «Життя у Всесвіті» відбулася в дослідницькому центрі Еймса НАСА в червні 1979 р. Це була відносно велика конференція, на якій були присутні близько 150 осіб, у тому числі вчені з НАСА та академічного світу. Лекції охоплювали широкий спектр тем, від фундаментальних екзобіологічних питань до SETI, і були опубліковані в 1981 році в томі під редакцією Дж. Біллінгема, також під назвою «Життя у Всесвіті». Дві з лекцій, виголошених на цій конференції, конкретно згадували Європу, Ганімед і Каллісто. Ми вже згадували про лекцію Бентона К. Кларка під назвою «Сульфур: джерело життя у Всесвіті». На початку короткого викладу своєї лекції Кларк пише: «Сірка всюдисуща у Всесвіті та необхідна для всіх форм життя, які ми знаємо. Вона підтримує хемоавтотрофний спосіб життя тафотосинтетичний. Вона може заселяти ніші, які ми не можемо собі уявити, і тому зона життя навколо зірки може бути ширшою, ніж зараз оцінюється.» «Хоча здається найбільш імовірним, що рідка вода та органічні сполуки є важливими інгредієнтами для переважної більшості (якщо не всіх) біотичних систем у Всесвіті, я буду вважати, що сполуки сірки можуть мати еквівалентний ранг і цілком можуть дозволити поширення життя в певних середовищах, які інакше не вважаються гостинними.»

На початку статті автор обговорює відкриття, зроблені в 1977 році за допомогою пілотованого підводного корабля «Алвін»: «Місія полягала в геологічній розвідці термальних джерел на дні океану в центрі Галапагоської рифтової зони на глибині 2,5 км. Гідротермальні джерела дійсно були знайдені, і хоча вони становлять значний геохімічний і геофізичний інтерес, найважливішим відкриттям було існування раніше невідомих видів тварин, чиє спільне життя залежить від первинної продуктивності бактерій, що окиснюють сірку. «Значна частина статті досить детально описує роль сірки в хімії Всесвіту та нашої Сонячної системи, її роль в еволюції планет і особливо в хімії життя. Пізніше, у розділі під назвою «Відкриття Галапагосів», він пише: «Виявлення невеликих, ізольованих і більш-менш повних екосистем у гирлі активних гідротермальних підводних джерел є важливим, оскільки основна продуктивність таких систем не залежить від фотосинтезу. «Він вказує на те, що цим глибоководним джерельним спільнотам потрібен розчинений у морській воді кисень, який утворюється в основному в результаті фотосинтезу біля поверхні. Потім він пише: «Однак цікаво припустити, що підводні вулканічні викиди можуть забезпечити всі необхідні інгредієнти для самопідтримуваної екосистеми.» Він пропонує деякі альтернативні хімічні процеси, які можуть підтримувати такі вулканічні викиди, включно з одним конкретним набором пов'язаних хімічних реакцій на основі сірки, що дають енергію, які можуть бути основою для біологічної системи. Останній розділ має назву «Інші світи».
 

Тут є кілька цитат: «Припущення, що лише земне середовище кваліфікується як CHZ [безперервно населені зони] не є безпечним. Ми були упереджені через ідею, що фотосинтез має таке фундаментальне значення, що передові біотичні системи можуть зберігатися лише в середовищах, пов’язаних з освітленням. Однак існування ніш, лише дуже опосередковано пов’язаних із потоком сонячних фотонів, таких як галапагоські вентиляційні спільноти, інші бентосні та морські грязьові екосистеми та солончакові болота, підкреслює, що найбільш фундаментальною вимогою є потік енергії для забезпечення переробки, або свіжий запас потенційної хімічної енергії. Основними вимогами життя можуть бути просто (1) потік енергії, (2) стабільний температурний режим, сумісний з біохімією організмів, (3) рідке середовище і, звичайно, (4) початкова постачання будівельних елементів, таких як C, H, N, O, P, S та перехідні метали. Ці елементи, в принципі, не потрібно поповнювати, оскільки вони можуть бути перероблені. За цих умов певне середовище, відмінне від Землі, може бути не тільки сприятливим для життя, але й бути наявним у Всесвіті в набагато більшій кількості.»
«Розглянемо тіла, багаті H2ОУ нашій Сонячній системі це включає не тільки Землю, але, цілком можливо, Марс і Тритон, і, звичайно, Ганімед, Каллісто і Європу. На поверхні жодного з цих тіл, окрім Землі, немає рідкої води, але не варто скидати з рахунків існування «похованих» резервуарів рідкої води. «Кларк коротко підсумовує можливі джерела таких підземних резервуарів рідкої води, включаючи припливні ефекти, такі як ті, що відповідають за вулканічну дію на Іо.«Незалежно від способу їх утворення, є вагома причина розглядати поховані резервуари рідкої води як можливі. середовища, що підтримують життя. Ймовірна наявність розчинених солей, у тому числі сполук сірки, і існування потоку енергії у формі планетарного теплового потоку задовольняють перелічені вище вимоги для підтримки життя. Зв’язок зі світністю зірок або планет може бути абсолютно непотрібним.»

«Сірка всюдисуща і, ймовірно, відіграє кілька важливих ролей у будь-якій екзобіологічній організації. Хоча він може брати участь у фотосинтезі, він також забезпечує хемоавтотрофний спосіб життя. Життєві зони включають не тільки поверхневе океанське середовище, але й набагато ймовірніші підповерхневі океанічні регіони. Середовища, схожі на Землю, як місця для життя можуть бути скоріше винятком, ніж правилом. Можливе заселення значно більш поширених похованих зон, і вони в кінцевому підсумку повинні стати об'єктом дослідження. Чи може таке середовище підтримувати життя досить довго та на достатньому рівні активності, щоб дозволити еволюцію високоенцефалізованих форм (розумне життя), є припущенням. «Кларк завершує свою статтю згадкою про галузі досліджень, які мали б відношення до висловлених ним припущень, включаючи, зокрема, вивчення великих супутників планет, таких як галілеєві супутники Юпітера, їхню термічну історію та питання про те, як довго підземна рідка вода може існували на таких супутниках. Інше питання, на якому він наголошує, полягає в тому, чи цілком імовірно, що повністю хемоавтотрофна екосистема виживе у достатньо великих масштабах і протягом достатньо тривалих періодів часу, щоб дозволити більш високу еволюцію. Повністю статтю Річарда С. Хогланда «Загадка Європи» можна знайти на веб-сайті Enterprise Mission. Свого часу її широко оприлюднив Теренс Дікінсон, редактор журналу Star & Sky, у якому була опублікована стаття. Він випустив прес-реліз, який спонукав до повідомлень про ідеї Хогланда в численних газетах. Ця стаття надихнула Артура К. Кларка зробити Європу та ймовірність того, що там може існувати життя, однією з тем для його роману «2010: Одіссея 2». Хоугланд представляє власну теорію про те, як складна органічна хімія, яка могла бути попередником життя, могла існувати в можливому океані Європи. Його вихідною точкою є часто повторювана аналогія між Юпітером і його системою супутників, що обертаються, і Сонцем із системою планет, що обертаються. Згадуючи свої думки, коли він дивився зображення з «Вояджера» на телеекранах JPL, він пише: «Але тієї ночі, коли ми проносилися системою Юпітера, і «Вояджер» повертав зображення за зображенням абсолютно різних світів — кожен супутник Юпітера ще приголомшливий, кожен більш інтригуючий, ніж попередній, кожне місце, яке було б великою планетою, якби воно оберталося навколо Сонця – саме тоді суха, академічна риторика про «мініатюрні планетні системи» раптово вискочила з екранів і стала набором можливостей, що розширюють розум. Потім він продовжує: «Свого часу, як кажуть нам теоретики, це зображення було набагато точнішим. Новоутворений Юпітер, що з’єднується з первісної сонячної туманності із закрученого пилу, водню, гелію та слідів інших елементів, в усіх відношеннях нагадувала новоутворену зірку. Вона світилася — яскравим рубіновим світлом — випромінюючи стільки ж енергії, скільки традиційна червона карликова зірка головної послідовності, приблизно в одну десятитисячну частину нинішнього Сонця, звичайно, що Сонце світить ядерними енергетичними ресурсами, а Юпітер черпав набагато більш обмежені запаси, трансформуючи гравітаційну енергію свого колапсу в відпрацьоване тепло.» «Але між моментом «займання» Юпітера та його «згасанням» мало бути вікно, один короткий проміжок часу, коли Європа купалася в енергії, такій же багатій, як будь-яка течія через орбіту Землі або Марс.» «Саме тоді в Європі були справжні океани та затягнуте хмарами небо з м’якими дощами чи різкими ураганами, які перетворювали ці блискучі моря на піну перед штормом. І все ж доля Європи була вирішена. Він загинув, коли сама Земля ще охолоджувалася до того моменту, коли могли народитися її перші океани. Юпітер продовжував розвиватися, стаючи маленьким і тьмяним.» «В одну геологічну мить води, що бризнули на цю таку-молоду Європу, замерзли, і величезний океан завширшки з супутника раптово перетворився на мерехтливий простір льоду, який вічно віддзеркалює згасле «сонце» свого короткого кидка на життя. Зараз Юпітер утримується нерухомо над однією сяючою півкулею завдяки синхронізованому обертанню Європи, яке зараз зафіксовано припливами. Потім Хоугланд детально обговорює один із способів синтезу органічних молекул у ранній атмосфері Європи, яка, на його думку, могла бути подібною до атмосфери Землі в її ранній історії. Він стверджує, що ця рання атмосфера була дуже сильно іонізований і що він буде втрачений у космосі протягом мільйонів років, утворюючи кільце вздовж його орбіти з важких іонів. Потім він пише, що в результаті взаємодія з первісним магнітним полем Юпітера створить інтенсивні електричні струми між полюсами Європи та фотосферою Юпітера. Це призвело б до «нагрівання атмосфери над полюсами», «масових суперстрілів блискавок, навіть у чистому повітрі.» «І ще одне: реакції органічного синтезу між основними та другорядними компонентами в цій атмосфері! Він також згадує кілька інших джерел органічного синтезу. Результатом мав бути справжній дощ молекул, що впав з неба над цією молодою планетою, від спиртів до передостанніх амінокислот.»Таким чином, перш ніж замерзла кора покриє поверхню Європи, може утворитися океан, багатий органічними сполуками.
 

Після узагальнення ідей Кассена, Піла та Рейнольдса щодо можливості того, що приливні сили, що діють на Європу, можуть підтримувати море рідка вода під її крижаною кіркою, продовжує Гогланд: «Якщо це правда, продовження існування найглибшого планетарного океану Сонячної системи – через 4.ці доорганічні хімікати та кислоти в об’єкт наших багатовікових пошуків: другий світ життя Сонячної системи.» Потім він обговорює великі темні тріщини, що покривають поверхню Європи, припускаючи, що наявність цих відміток вказує на те, що кірка льоду тонка і що їх темнота може бути наслідком «радіаційно полімеризованих органічних молекул, піднесених знизу, забарвлюючи поверхневу кору на милі за фактичний розлом льоду.» «Навіть якщо лише відносно прості молекули, раптове опромінення сирим сонячним ультрафіолетом і високоенергетичним радіаційним фоном поверхні неминуче призведе до перехресної полімеризації цих сполук у різні комбінації, цілком імовірно, утворюючи коричневі плями вздовж тріщини, ідентичні за хімічним складом тим, що утворюються у всіх цих лабораторних колбах! «Пропонуючи описати Європу як «планету-скороварку», Хоугланд пояснює: «Величезне щастя Європи полягало в тому, що Юпітер дійсно загинув, залишивши її з ідеальною атмосферною герметизацією проти втрати всіх своїх летких речовин. З утворенням скутої льодом кори товщиною в милі вулканічна діяльність з дна океану тривала б протягом кількох мільйонів, якщо не мільярдів років, абсолютно не піклуючись про продукти — водяну пару, вуглекислий газ, аміак, азот, сірку тощо. – тепер опинилися в пастці під кришкою, представленою корою на п’ятдесяти милях вище.» «Хімічна та органічна еволюція тих органічних молекул, вироблених протягом перших кількох мільйонів років Європи, могла продовжуватися під цим покровом льоду, доповнена різноманітними енергетичними ресурсами та сприяла тому одному продукту, який, як погоджується кожен екзобіолог, є дуже важливим: Час - близько 4,5 мільярдів років.» «І найінтригуючою підказкою того, що цей процес відбувається в даний момент, є ті своєрідні позначки на поверхні, які вкривають Європу так, як жодна інша планета в Сонячній системі.»

«Нарешті, що, якби еволюція Європи справді тривала, минулі мікроби, що жили в їхньому анаеробному океані, минулі організми, які використовували лише енергію бродіння? Припустимо, поєднання кількох мільярдів років і унікального середовища сприяло - вимушено- еволюція набагато складніших організмів? Чи може насправді існувати еквівалент плезіозаврів, що плавають у вічній темряві під сліпучим ландшафтом Європи: еволюційні двоюрідні брати великого синього кита; інтелектуальний еквівалент дельфінів чи нас самих, замкнених у цій крижаній в’язниці, назавжди захоплених орбітою навколо своєї майже зірки, які ніколи не бачили справжніх зірок і не мають можливості пізнати нічого, окрім їх глибокої, темної, рідкої води?» Ближче до кінця своєї статті Гогланд обговорює відкриття екосистем донного життя океану поблизу глибоководних жерл, які засновані на хімічному синтезі, а не на сонячному світлі, і актуальність цих відкриттів для Європи: «Океан Європи, згідно з рядком міркувань у цій статті, потенційно має всі інгредієнти, щоб дозволити існування подібних внутрішньо виплеканих оазисів життя.»

Завдяки багатству відкриттів і даних, отриманих двома місіями «Вояджера» в 1979 році, незабаром була організована конференція під назвою «Супутники Юпітера», яка відбулася в травні 1980 року за підтримки Інституту астрономії Гавайського університету та за підтримки NASA, Міжнародний астрономічний союз та кілька інших наукових організацій. У матеріалах цієї конференції є чудова стаття Кассена, Піла та Рейнольдса під назвою «Структура та теплова еволюція галілеєвих супутників», яка детально обговорює існуючі на той час уявлення про внутрішню структуру галілеївських супутників і дає досить детальну інформацію. ретельний виклад історії цих ідей. Стосовно можливості існування океанів на Ганімеді та Каллісто автори пишуть: «Водні оболонки обох супутників, ймовірно, повністю тверді, якщо тільки вони не забруднені розчиненими солями чи аміаком. Основні невизначеності в теплових моделях цих тіл через невизначеність властивостей повзучості льоду та ступеня забруднення водних оболонок». Стосовно Європи: «Приливне нагрівання, безсумнівно, внесло значний внесок у термічну історію Європи, але чи достатньо цього для підтримки води в рідкому стані, залежить від в'язкості льоду, історії орбітальних резонансів і кількості домішок у льоду». Але автори явно дещо менш оптимістичні щодо можливості того, що Європа все ще може мати рідку водну мантію, ніж у їхній попередній статті 1979 року (Чи є рідина вода на Європі?). Невелика, але важлива математична помилка в цьому документі значно послаблює представлений там аргумент. Автори обговорюють цю помилку та її наслідки в іншій статті у випуску Geophysical Research Letters за листопад 1980 року під назвою 
«Припливне розсіювання на Європі: Виправлення».
Однак у короткій статті під назвою «Рідка вода та активне оновлення поверхні на Європі», яка з’явилася в журналі Nature за січень 1983 року, Кассен, Піл, Рейнольдс разом із SW Squyres наводять деякі додаткові, нові аргументи, які потім посилюють аргументи на користь існування рідкого водного океану на Європі. Спочатку вони переглядають основні джерела тепла, які можуть впливати на температуру поверхні, а саме тепло, яке виробляється радіоактивним розпадом в ядрі, припливними силами, що діють на крижану кору, і приливними силами, що діють на саме ядро. Це останнє джерело не розглядалося в попередній статті 1979 року першими трьома авторами. Згідно з певними гіпотезами, автори стверджують, що їхні розрахунки принаймні узгоджуються з H 2О-шар (рідка вода та лід) завтовшки багато десятків кілометрів, що має крижану кору товщиною близько 16 км. Але вони зазначають, що розрахунки дуже чутливі навіть до незначних змін у висунутих гіпотезах, а потім обговорюють деякі дані спостережень. Ґрунтуючись на нестачі кратерів на Європі, автори прийшли до оцінки в’язкості поверхневого льоду. Потім вони стверджують, що для цієї в’язкості потрібна якась ізоляційна ковдра, наприклад великий шар інею на поверхні. Далі автори пишуть: «Розлам тонкої крижаної кірки над рідкою водою може створити таку ковдру. Вода, що оголюється в результаті розриву, не затопить поверхню через плавучість кірки, а кипітиме, утворюючи пару, яка конденсуватиметься у вигляді інею. на великій території. Іній зазвичай має дуже низьку щільність і теплопровідність і може забезпечити необхідну ізоляцію. Ізоляційний шар також може призвести до середньої товщини земної кори, набагато меншої за середнє значення ~16 км, розраховане для провідності лише в твердому льоду Автори підсумовують, надавши дані спостережень на користь наявності великого шару інею.
Однією з важливих вимог для існування життя в підземному океані Європи були б адекватні джерела енергії. Саме це питання досліджується в роботі Р. Т. Рейнольдса, С. У. Сквайреса, Д. С. Колберна та К. П. Маккея «Про життєздатність Європи» (On the Habitability of Europa), яка опублікована в Icarus, vol. 56, 1983 р. У своєму вступі автори пишуть: «Враховуючи ознаки значного рідкого водного океану на Європі та спорідненість форм життя на Землі з водним середовищем, можливо, доцільно дослідити можливість проживання Європи. У цій статті ми розглядаємо тип середовища, яке може існувати в океані на Європі, і придатність цього середовища як місця проживання.Опис гіпотетичної екосистеми на Європі потребує знання навколишнього середовища, яке набагато перевищує будь-які доступні на даний момент Однак можна розглянути набагато більш обмежене питання про наявність базових вимог до живих систем, зокрема (1) належне фізичне середовище (відповідна температура, тиск тощо), (2) довгострокова стабільність. цього середовища, (3) необхідні біогенні елементи та (4) відповідні джерела енергії». Потім автори зазначають, що наявність рідкого водяного океану означатиме, що умови (1) і (2) задоволені, і стверджують, що цілком розумні припущення щодо формування Європи означають, що (3) також задоволено. З цих причин стаття зосереджується саме на питанні про те, чи повинні існувати біологічно корисні джерела енергії на Європі, досліджуючи по черзі теплову енергію, сонячну енергію та електричну енергію.
Термальна енергія. Океан на Європі буде нагріватися в результаті радіоактивного розпаду в ядрі, припливних сил як на ядро, так і на крижану кору, а також вивільнення накопиченої енергії з попереднього періоду більшого нагрівання. Автори стверджують, що ця енергія, ймовірно, не буде корисною для підтримки життя. Незважаючи на те, що в такому океані будуть різниці температур (наприклад, підвищення температури з глибиною), форми життя, які залежать від таких температурних градієнтів як джерела енергії, мабуть, матимуть кілометрову довжину. Потім автори обговорюють можливість існування концентрованих джерел тепла на Європі, аналогічних глибоководним джерелам і гарячим джерелам, які були відкриті наприкінці 1970-х років тут, на Землі. Розрахунок кількості теплової енергії, виробленої в силікатному ядрі Європи внаслідок радіоактивного розпаду та приливних сил, сам по собі не означає, що вулканічна активність на дні океану дуже ймовірна. Тим не менш, у поєднанні з іншими факторами, автори пишуть, що така діяльність є принаймні можливою і що поточні дані та методи моделювання просто недостатньо хороші, щоб оцінити ймовірність існування таких концентрованих джерел енергії.
Сонячна енергія. «Ми припускаємо, що сонячна енергія досягне лише рідкої води там, де нещодавно розкололася крижана кора. Таким чином, важливою величиною є річна площа поверхні Європи, над якою рідка вода піддається впливу сонячного світла внаслідок розриву кори» шар інею на поверхні. Крім того, відкрита рідка вода почне досить швидко замерзати. Зробивши обґрунтовані оцінки товщини та щільності шару інею, автори прийшли до оцінки 5 квадратних кілометрів для загальної площі поверхні Європи, де підстилаюча рідка вода буде піддаватися сонячному світлу протягом одного року. Тоді вони зможуть оцінити кількість сонячної енергії, яку це опромінення може надати підземному океану Європи, досягнувши цифри 2x1022 ерг на рік.
Електрична енергія. «Іншим можливим джерелом біологічно корисної енергії може бути рух Європи через магнітосферу Юпітера».Автори стверджують, що індукований електричний струм буде прагнути протікати через рідкий водний океан (якщо він існує) від одного полюса Європи до іншого, і величина цього струму залежить від провідності крижаної кірки на полюсах. Вони прийшли до висновку, що це джерело енергії буде значним лише тоді, коли рідка вода, що лежить в основі океану, фактично оголиться на полюсах. Автори висловлюють ймовірність того, що такий електричний струм може створити достатньо тепла, щоб постійно підтримувати зони відкритої води на полюсах, що також дозволить значно більше сонячної енергії досягати рідкої води.
Після 1983 року ще попереду ще багато літератури. Одним із чудових путівників до останніх статей і посилань про Європу, можливості, які пропонує цей супутник Юпітера, та всі пов’язані з цим проблеми є есе Чарльза Трітта: Можливість життя на Європі. Для отримання деяких посилань і посилань щодо ситуації, якою вона виглядає на даний момент, читач повинен переглянути коментар.
 

Повернутися до сторінки Європи.
 

АВТОРСЬКЕ ПРАВО © 1999 РАЛЬФ ГРІНБЕРГ
АВТОРСЬКЕ ПРАВО © 2002 РАЛЬФ ГРІНБЕРГ