Спутник Юпитера Ио, несомненно, интереснейший объект сам по себе, но с точки зрения поисков жизни считается, что воды на нем (в процентном отношении) меньше, чем на всех остальных известных объектах Солнечной системы. Тем не менее Пил, Кэссен и Рейнольдс сделали еще одно поразительное предсказание, которое, вероятно, будет иметь далеко идущие последствия для выявления потенциально обитаемых небесных тел. Они предположили, что приливный разогрев создаст океан жидкой воды под коркой льда на другом небесном теле – Европе, самой маленькой из четырех лун Юпитера, открытых в 1610 году Галилео Галилеем (который назвал Европу «Юпитер II»).
При всей своей заманчивости это предсказание поставило перед астрономами сложную наблюдательную задачу: подтвердить или опровергнуть существование такого жидкого океана под многокилометровой толщей льда. Для этого планетологи придумали целый ряд остроумных и нестандартных экспериментов.
Во-первых, они поняли, что несколько подсказок у них уже есть. Снимки с «Вояджера-2» показали, что на поверхности Европы практически нет кратеров. У нее вообще самая гладкая поверхность из всех известных нам объектов Солнечной системы. Значит, там действует какая-то природная ледозаливочная машина, как на катках, и слой льда на Европе постоянно обновляется. Само по себе такое обновление показывает, что ледяные плиты, вероятно, двигаются, то есть происходит что-то вроде тектоники. Скорее всего, такая динамичная геологическая активность вызывается подповерхностной жидкостью. При этом обнаружено, что на поверхности Европы есть трещины – она вся исчерчена темными линиями (их так и называют латинским словом lineae). Это напоминает глубоководные хребты на Земле, что в очередной раз указывает на какой-то эквивалент тектоники плит, а трещины, скорее всего, вызваны приливными деформациями под воздействием гравитации Юпитера. Кроме того, дальнейшая спектроскопия при помощи космического аппарата «Галилео» и Космического телескопа имени Хаббла показала, что в этих трещинах содержатся соли, вероятно, происходящие из залегающего под ними океана.
Вторая подсказка – данные об изменениях скорости космического аппарата «Галилео», измеренных с поразительной точностью до нескольких миллиметров в секунду. Эта информация позволила Джону Андерсону из Лаборатории реактивного движения и его коллегам составить очень точную карту гравитационного поля Европы, а следовательно, и распределения плотности масс внутри спутника. Ученые обнаружили, что для того, чтобы соответствовать имеющимся данным, Европа должна состоять из трех слоев разной плотности – железного ядра около 1200 км в диаметре, покрытого каменной мантией из силикатов, и над ними – слоя воды или льда толщиной от 80 до 160 км. Тогда точности измерений еще не хватало на то, чтобы определить, жидкая это вода или лед.
Наконец, последнюю подсказку дали весьма изобретательные измерения магнитного поля. Магнитометр (прибор для регистрации изменений магнитного поля) на борту «Галилео» обнаружил, что Европа действует как слабый стержневой магнит, чей магнетизм индуцируется магнитным полем Юпитера. Говоря простыми словами, у Юпитера есть сильное магнитное поле, которым он обязан вращающемуся ядру из металлического водорода. Магнитная ось Юпитера не вполне совпадает с его осью вращения (как и у Земли), поэтому магнитное поле Европы при вращении Юпитера вокруг своей оси периодически меняется (как будто ее освещает магнитный «маяк»). Электромагнетизм устроен так, что, когда электрический проводник – материал, через который может течь электрический ток – помещен в переменное магнитное поле, он сам превращается в магнит. Иначе говоря, из того, что «Галилео» обнаружил, что у Европы есть индуцированное магнитное поле, следует, что в недрах Европы есть слой электропроводящего материала. На основании тщательных измерений индуцированного магнитного поля Маргарет Кивелсон, Кришан Курана и их коллеги из магнитометрической команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли показать, что наблюдаемую проводимость может давать соленый подповерхностный океан.
Итогом этого сложнейшего геркулесова труда было то, что исследователи, проделав целый ряд тщательных остроумных измерений, сумели показать, что толстый слой поверхностного льда на Европе, скорее всего, скрывает под собой соленый океан объемом примерно вдвое больше Мирового океана Земли.
Глубина подповерхностного океана Европы, по оценкам, составляет около ста километров, у него каменистое дно, и он покрыт слоем льда, толщину которого точно измерить не удалось, но она составляет где-то от 10 до 30 километров. Любопытно, что Космический телескоп имени Хаббла тоже подтверждает наличие такого океана. На одном изображении Европы, снятом им в 2012 году, видно нечто вроде тонкого фонтана водяного пара, поднимающегося на высоту около 200 километров. Исследователи, изучающие данные Хаббла, сообщают о предположительном обнаружении таких фонтанов в 2016 и 2017 годах. Более того, астрономы, пересмотревшие данные «Галилео», в 2018 году сделали вывод, что этот космический аппарат, вероятно, пролетел сквозь такой фонтан при облете Европы в 1997 году. Наконец, группа исследователей, работавших в обсерватории Кека на Гавайях, в ноябре 2019 года сообщила, что обнаружила водяной пар над поверхностью Европы. Эти фонтаны, если удастся окончательно подтвердить их наличие (к осени 2023 года Космический телескоп им. Уэбба их еще не обнаружил), вероятно, исходят прямо из подповерхностного океана (и вырываются из трещин во льду) либо из каких-то жидких озер в толще внешнего льда. Главное – что эти фонтаны позволяют проанализировать состав океанской воды без необходимости бурить многокилометровые скважины во льду. Какой-нибудь космический аппарат может пролететь сквозь фонтан, взять пробы и проанализировать их прямо на орбите. В 2023 году астрономы обнаружили еще одну любопытную черту, которая указывает на связь между поверхностью Европы и подповерхностным океаном. На основании данных телескопа им. Уэбба ученые обнаружили углекислый газ в конкретной области на ледяной поверхности Европы. Подробный анализ показал, что углерод, скорее всего, произошел из подповерхностного океана, а не был принесен извне, например, метеоритами. Более того, оказалось, что с геологической точки зрения это достаточно недавние отложения.
Ответ на вопрос, может ли соленый океан Европы послужить колыбелью жизни, – всего лишь «вероятно», но это означает, что нам нужно досконально исследовать такую версию. Оптимисты основывают надежды на данных о некоторых подледниковых озерах на Земле, в которых, невзирая на экстремальные условия, существуют разнообразные экосистемы. Самое известное из этих озер – озеро Восток в Антарктиде.
Озеро Восток залегает под слоем льда толщиной более четырех километров, отрезанное от любых контактов с атмосферой или светом. По оценкам, оно пребывает подо льдом вот уже около 15 миллионов лет. По размерам и объему озеро Восток – одно из величайших пресноводных озер на Земле. Учитывая такие уникальные условия, ученые из Великобритании, России, Франции и США сделали несколько попыток пробурить лед почти до поверхности озера. В 2013 году рабочая группа, которую возглавлял Скотт Роджерс из Государственного университета в Боулинг-Грин, провела секвенирование ДНК и РНК[39] из нижнего слоя льда, покрывающего озеро (так называемого аккреционного льда). Этот лед собрали при разведывательном бурении в девяностые годы прошлого века. Роджерс и его коллеги выявили тысячи последовательностей генов, в основном бактерий и эукариотов (организмов, чьи клетки содержат ядро), а следовательно, в озерной воде есть жизнь. Некоторые микробиологи отнеслись к результатам скептически, указав на то, что находки могут объясняться контаминацией в процессе бурения, а не принадлежать живым организмам из озера. Однако эти сомнения, по-видимому, удалось развеять, когда эколог-микробиолог Джон Приску из Университета Монтаны получил очень похожие результаты при исследовании другого подледникового антарктического озера – Уилланс, пробурив 800 метров льда. Скотт Роджерс и сам подкрепил достоверность своих находок в 2020 году, когда совместно с биологом Колби Гурой опубликовал новый анализ биоразнообразия в озере Восток, подтвердивший первоначальные результаты Роджерса. Свою статью ученые заключили так: «Следовательно, озеро Восток, вероятно, содержит функционирующую экосистему, получающую химические и энергетические ресурсы из покрывающего озеро ледника и, возможно, из геотермальных источников».
При оценке потенциальной обитаемости Европы нам нужно учитывать и другой интересный аспект. Как мы знаем из глав 3–5, эксперименты по созданию живой материи в лаборатории показали, что путь от химии к биологии (если он вообще существует) требует высоких концентраций необходимых молекул, чтобы запустить и поддерживать необходимые химические реакции. Океанские просторы не очень подходят для создания таких концентраций. Это соображение привело к гипотезе, о которой мы говорили в главе 6, что жизнь на Земле зародилась не в океане, а в относительно маленьких водоемах на суше. Если это так, следует ли из этого, что на Европе не может быть жизни? Необязательно, но это может означать, что жизнь на Европе (если она там есть) зародилась не там, а где-то еще. Как мы уже отметили, вполне может быть, скажем, что на Европу попали метеориты, выбитые при столкновении с астероидом или кометой с Марса, где жизнь (в принципе) могла зародиться. Если в этих метеоритах были живые микроорганизмы, они могли (опять же, в принципе) сохраниться и даже эволюционировать в подповерхностном океане Европы. Несколько более пессимистично настроены авторы исследования, вышедшего в марте 2024 года, где говорится, что заряженные частицы, бомбардирующие поверхность Европы, производят меньше кислорода (высвобождая его изо льда), чем считалось раньше.
Данные, которые получил во время недавних пролетов аппарат «Джуно», помогают и ученым, планирующим миссию «Европа Клиппер». «Европа Клиппер» – это миссия НАСА, запуск которой намечен на октябрь 2024 года. Этот аппарат должен прибыть к Юпитеру в 2030 году. Ожидается, что при движении по орбите вокруг Юпитера он несколько раз пролетит мимо Европы и даже приблизится к ней на расстояние немногим более 20 км. Главная цель этой миссии – подтвердить, что на Европе есть подповерхностный океан, и помочь в выборе места для посадки спускаемого аппарата в будущем.
Однако Европа – не единственный спутник в Солнечной системе, который хотя бы теоретически мог бы быть обитаемым. Некоторые ученые полагают, что и у других спутников есть такие же, а может быть, и более высокие шансы.