Внеземные океаны. Уникальная миссия отправляется на поиски жизни

На 13 апреля намечен старт межпланетной автоматической станции Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства (ЕКА) к трем спутникам Юпитера. По предварительным данным, под их ледяной поверхностью находятся океаны жидкой воды. Задача миссии — оценить возможность существования там жизни, а если повезет, то обнаружить и ее признаки.

Первым Юпитер посетил аппарат НАСА "Пионер-10". По пути к дальним окраинам Солнечной системы он пролетел мимо газового гиганта в декабре 1973-го и сделал прямые снимки планеты и ее спутников.

С 1995-го по 2003-й на орбите Юпитера работала автоматическая станция НАСА "Галилео". Она совершила множество интересных открытий, в том числе выявила признаки того, что под ледяной поверхностью спутников — Ганимеда, Европы и Каллисто — могут быть океаны с соленой водой. Также у Ганимеда обнаружилось слабое магнитное поле.

Исследования аппарата "Кассини" в 2004-2005-м показали, что у спутников Энцелад и Титан также есть подповерхностные жидкие океаны. На основе этих данных ученые сформулировали новую концепцию обитаемых миров. Подходящими для зарождения жизни теперь считаются не только землеподобные планеты в зоне обитаемости, но и ледяные луны газовых гигантов.

Заговорили о том, что для проверки этой концепции необходимо организовать специализированную миссию к "водным" спутникам Юпитера.

До 2009-го Jupiter Ganymede Orbiter (JGO) был частью международной программы Europa Jupiter System Mission, реализуемой НАСА совместно с ЕКА, Японским агентством аэрокосмических исследований и "Роскосмосом". Запуск планировали на 2020-й. После выхода из проекта США и Японии в 2011-м в ЕКА решили продолжить его реализацию самостоятельно.

В мае 2012-го ЕКА окончательно утвердило миссию, которую назвали JUICE — Jupiter Icy Moons Explorer.

Межпланетную автоматическую станцию JUICE собираются запустить 13 апреля на ракете-носителе "Ариан-5" с космодрома Куру во Французской Гвиане. В июле 2031-го она должна достичь системы Юпитера.

JUICE предстоит охарактеризовать Европу, Ганимед и Каллисто с точки зрения их внутреннего строения, состава и геологической активности, получить доказательства существования подповерхностных океанов и оценить возможность жизни в этих мирах. Программа предусматривает также изучение самого Юпитера и его влияния на спутники.

Большую часть времени (около 30 процентов) JUICE посвятит Ганимеду — единственной из лун в Солнечной системе с собственным магнитным полем. Аппарат совершит 15 облетов спутника на высоте от 200 до 500 километров, составит топографическую и геологическую карты поверхности, причем съемку наиболее интересных участков выполнит с разрешением до нескольких метров на пиксель.

Ганимед на 50-90 процентов покрыт водяным льдом. Остальное — сухой лед (замороженная углекислота), диоксид серы, аммиак, твердые минеральные, а также, вероятно, органические вещества. Идентифицировать их — еще одна задача JUICE. Если удастся распознать сложные органические соединения, это станет ключом к пониманию того, какого типа жизнь могла зародиться на этом небесном теле.

Ученые также рассчитывают получить информацию об атмосфере и магнитосфере спутника. Тонкая разреженная атмосфера Ганимеда, по спектральным данным, состоит их молекулярного и атомарного кислорода, водорода и воды. Главный вопрос: как она образовалась — за счет ионизации поверхностного материала или в результате выброса глубинного вещества.

Магнитное поле Земли, защищающее от пагубного космического излучения, — важный фактор для возникновения сложной жизни на планете. Магнитосфера Ганимеда пока изучена очень слабо. Миссия JUICE должна разобраться в непростой взаимосвязи собственного поля спутника, которое, скорее всего, обусловлено конвекцией в жидком ядре, и мощного магнитного поля самого Юпитера.

Но главное — узнать как можно больше о подповерхностном океане. Объем его жидкой фазы аппарат определит, измеряя приливы. Согласно расчетам, они должны достигать семи метров.

У Европы есть разреженная атмосфера — в основном из кислорода. Горизонтальные движения блоков ее коры, напоминающие земную тектонику плит, свидетельствуют о том, что в недрах спутника сохраняется геологическая активность.

В июле 2032-го JUICE совершит два облета Европы, приблизившись к поверхности на 400 километров. Аппарат изучит химический состав спутника и поищет биосигнатуры — вещества, необходимые для поддержания жизни или свидетельствующие о биологической активности.

Предыдущие миссии зафиксировали периодические изменения, связанные с приливами подповерхностного океана. Это деформирует спутник и, как следствие, нагревает недра. Ученые предполагают, что на Европе есть места, где в атмосферу вырывается разогретая газово-жидкая смесь. Надо найти такие гейзеры и подлететь к ним поближе.

Кроме того, JUICE проведет первое подповерхностное зондирование и определит участки с минимальной толщиной ледяной коры, находящиеся над самыми активными областями.

В общей сложности станция облетит Каллисто 21 раз в период с 2032-го по 2034-й. В основном это технические маневры, необходимые для корректировки орбиты и экономии топлива.

"Галилео" выявил у спутника жидкий внутренний слой, но поверхность — очень древняя, возрастом более миллиарда лет. Скорее всего, никакой активности в недрах уже нет. Возможно, эволюция Каллисто прекратилась раньше, чем у других спутников Юпитера, и ее изучение позволит заглянуть в далекое прошлое этих двух лун.

JUICE сделает там то же самое: исследует внешнюю оболочку, попробует заглянуть внутрь подповерхностного океана на несколько метров и охарактеризовать его состав.

Сейчас на орбите Юпитера находится автоматическая межпланетная станция НАСА "Юнона" (Juno). В сентябре 2022-го она пролетела всего в 352 километрах от поверхности Европы, засняв двойные ледяные хребты и интересную изометричную структуру, похожую на криовулкан.

Предполагалось, что "Юнона" завершит работу в 2021-м. Однако миссию продлили до 2025-го и сместили фокус исследований с Юпитера на его спутники. После изменения траектории зонд совершит несколько сближений с Ганимедом, Европой и Ио. Ученые надеются узнать что-то новое еще до прибытия JUICE.

Миссии к "водным" спутникам Юпитера готовят также НАСА (зонд Europa Clipper) и Китайское национальное космическое управление ("Тяньвэнь-4"). Американцы планируют запуск в октябре 2024-го. Аппарат прибудет к Европе в апреле 2030 года. Китайцы нацелились на Юпитер и Каллисто. Их миссия пока на стадии разработки.