NASA указало будущим миссиям траектории полета в атмосфере Европы

Специалисты из Лаборатории реактивного движения NASA рассчитали, какой состав может иметь атмосфера Европы и с чем может быть связана различная концентрация веществ в ней. Работа ученых, опубликованная в журнале Icarus, поможет точнее интерпретировать результаты, полученные в ходе будущих миссий.

Европа, спутник Юпитера, вызывает особый интерес со стороны исследователей. Наблюдения, проведенные телескопом «Хаббл» в 2012 году показали, что на ней могут существовать активные гейзеры, выбрасывающие водяной пар в атмосферу. Ученым неизвестно, что именно является источником извержений: согласно одной гипотезе, выбросы происходят из-за трения пластов льда друг о друга, в то время как другая теория предполагает, что гейзеры могут извергать воду жидкого подповерхностного океана. Хотя существование скрытого океана достоверно не доказано, на его наличие указывает множество признаков, например, форма ледяных кратеров Европы или результаты теоретического изучения ее приливного разогрева.

Так как жидкая вода считается одним из необходимых условий существования жизни, подобной земной, Европа стала одним из главных кандидатов для будущих исследовательских миссий. И у Европейского космического агентства, и у NASA есть проекты запуска космических аппаратов, которые пролетят над спутником Юпитера. Авторы новой статьи рассчитали, какие именно вещества, скорее всего, обнаружат зонды в экзосфере Европы, а также с чем может быть связана различная концентрация тех или иных молекул в разных местах и в разное время.

В своей работе планетологи опирались на данные о составе атмосферы Европы, полученные в ходе предыдущих исследований. Они указыв
ают на существование в ней кислорода (O и O₂), водорода (H и H₂), воды, а также не исключают наличие оксида серы (SO₂), натрия (Na), хлора (Cl) и калия (K). Кроме того, исследователи учли вещества, которые могут входить в состав поверхности Европы. После этого специалисты NASA провели компьютерную симуляцию распределения этих веществ в зависимости от положения спутника относительно Юпитера и географии поверхности. Модель исследователей учитывает захват вещества в «ловушки» в области полюсов Европы, влияние гравитации Юпитера, образование O₂ и H₂ в результате радиолиза поверхностного льда и другие возможные процессы.

При этом исследователи рассмотрели четыре возможных траектории полета космического аппарата над Европой: через «обычную» экзосферу над экватором; пролет над темным пятном (макулой);  над экватором неподалеку от гейзеров (состав их выбросов был смоделирован на основе состава выбросов на Энцеладе, спутнике Сатурна); над самими гейзерами. Модель исследователей показала, что свойства атмосферы в районе движения зондов будет зависеть от трех главных факторов: высоты полета, наличия гейзеров и времени суток (день/ночь).

Так, специалисты NASA пришли к выводу, что если будущие миссии окажутся над ночной стороной Европы в области экватора (вдали от гейзеров), то плотность вещества в экзосфере будет невелика. На высоте ниже 200 километров над поверхностью спутника молекулы O₂, H₂ и CO₂ будут доминировать над молекулами воды, а наибольшее количество органических молекул (например, CH₄) будет скапливаться на высоте 25 километров. При полете над макулой следует ожидать более высокой плотности органических веществ в атмосфере (также на высоте 25 километров).

Наиболее «богатой» различными веществами обещает быть атмосфера в районе гейзеров. По подсчетам ученых, плотность всех молекул в этой области будет достигать 10⁹ на кубический метр. Максимальная плотность вещества будет наблюдаться прямо над гейзерами на дневной стороне Европы. Если во время пролета космического корабля гейзеры будут «извергаться», то ученые смогут наблюдать повышенное содержание воды и некоторых органических веществ в атмосфере спутника Юпитера. Кроме того, исследователи отмечают, что остатки выбросов можно будет зарегистрировать даже спустя неделю после активности гейзеров.

Эти данные могут быть полезны для таких миссий, как Europa Clipper, в рамках которой исследователи планируют изучить пригодность Европы для существования жизни. Старт этой программы намечен на середину 2020-х годов. Зонд, отправленный к Европе, будет исследовать ее в течение 3,5 лет, за которые он совершит 45 облетов вокруг спутника на высоте от 2700 до 25 километров.

Кристина Уласович