Щоб здалеку оцінити проживання космічного тіла, потрібно розуміти, які на ньому є молекулярні сполуки і як вони взаємодіють. І ось за даними, зібраними апаратом «Юнона», вчені розрахували рух найпростіших елементів на вкритій крижаною кіркою Європі, супутнику Юпітера.
Європа — четвертий за розміром супутник Юпітера і одне з небагатьох тіл у Сонячній системі, вкритих льодовою кіркою, під якою ховається океан рідкої води. Саме тому вона так цікавить астрономів. Але чи вистачає океану корисних елементів? Як показало нове дослідження крижаної поверхні супутника, кисню там обмаль.
Крижана кірка Європи знаходиться під постійним та надзвичайно потужним впливом космічних променів. Причина — сусідство з надпотужною магнітосферою Юпітера, що насичує простір поруч із планетою величезною кількістю часток помітних енергій. Добова доза на поверхні Європи — 5,4 зіверта. Тобто більшість людей у такому місці померли б від наслідків опромінення, пробувши там лише добу.
Заряджені частинки розбивають молекулярні зв’язки в H2O. Після переєднання утворюються переважно молекулярні водень H2 і кисень O2. Теоретично частина цього кисню потрапляє до підлідного океану, частина залишається на поверхні, а частина відлітає в атмосферу.
Вчені вже пробували оцінити склад атмосфери і кількість кисню, що виділяється так за даними спостережень і комп’ютерних моделей. Ось тільки розкид «виробництва» виходив величезним: від 5 до 1100 кілограмів кисню на секунду. Апарат «Юнона», який підлетів до Юпітера у 2016 році, зміг уперше безпосередньо зібрати дані, необхідні для такого аналізу.
У вересні 2022 року апарат «Юнона» наблизився до Європи на відстань 353 кілометри. Його інструмент JADE, призначений для дослідження магнітосфери та полярних сяйв Юпітера, вловив та проаналізував кількість іонів в атмосфері супутника – заряджених частинок, що утворилися від взаємодії космічного випромінювання з атмосферою.
На основі цих даних Джеймі Залей (Jamey Szalay) з Прінстонського університету (США) та його колеги з інших університетів обчислили точний обсяг нейтрального водню H2, який втрачає атмосфера Європи – 1,5±0,8 кілограма на секунду. А нейтральний водень — добрий індикатор еволюції крижаної кірки супутника.
Припустивши, що весь цей H2 прилітає від розпаду молекул води у льоду, автори розрахували, що в тому самому процесі має виділятися приблизно 12 6 кілограмів молекулярного кисню O2 в секунду. І це в кращому разі, адже автори виходили з того, що так утворюється весь атмосферний H2, обчислений за даними «Юнони». За деякими комп’ютерними моделями, крижана кірка мала давати більше тонни кисню за секунду. А виявилось, що не більше 18 кілограмів.
Спираючись на результати моделювання з інших робіт, автори нової статті, опублікованої в журналі Nature Astronomy, зробили висновок, що молекулярний кисень здатний утворювати лише на поверхні Європи тонкий шар.
Скільки ж потрапляє у підлідний океан? За оцінками з інших досліджень, діапазон кисню, що «протікає» крізь крижану кірку, може варіюватися від 0,3 до 300 кілограмів O2 в секунду. Новий результат — максимум 18 кілограмів «виробленого» O2 в секунду — накладає набагато суворіші рамки.
Теоретично, якщо в далекому минулому «виробництво» кисню було набагато вищим, то в крижаній корі могли зберегтися цілі його резервуари, що «живлять» підлідний океан. Якщо це не так, то в океані не могли скластися сприятливі умови для аеробного життя. Втім, варто пам’ятати про те, що для анаеробного бактеріального життя дефіцит кисню зовсім не обов’язково проблема.
Ще один цікавий висновок з нової роботи — крижана кірка Європи має втрачати 1,5±0,8 сантиметра завтовшки в мільйон років. Здається, що це не так багато. Насправді виходить, що це основний процес, який змінює поверхню супутника. Він «впливовіший» за падаючі метеорити. І це потрібно враховувати, якщо ми все ж таки сподіваємося знайти в крижаній кірці сліди якоїсь життєдіяльності.