Пар над Європою виявився рідкістю

Астрономи змогли виявити помітні кількості водяної пари над поверхнею супутника Юпітера Європи лише в 1 з 17 проведених сеансів спостережень. Результати вказують на внутрішні причини події, але говорять про рідкість і спорадичний характер подібних сильних викидів води, пишуть автори в журналі.

Європа - це один із внутрішніх супутників Юпітера. Як і багато інших невеликих тіл на орбітах у планет-гігантів, вона значною мірою складається з води. Її поверхня - це крижана кірка товщиною від 5 до 20 кілометрів, яка покриває передбачуваний океан рідкої води, що займає близько 10 відсотків радіусу. Під океаном розташовується силікатна мантія і ядро з металів, в першу чергу, заліза.

У відсутності джерела енергії океан на такому великому віддаленні від Сонця повинен був замерзнути. Вважається, що його існування підтримується за рахунок приливного тертя в ядрі при орбітальному русі навколо Юпітера. Одна з основних вказівок на наявність океану - це гладкість зовнішньої поверхні і практично повна відсутність кратерів, що говорить про регулярне оновлення.

Поряд з деякими іншими крижаними супутниками Європа вважається одним з найперспективніших місць для пошуку позаземного життя в Сонячній системі. Потенційно її сліди можна зафіксувати, якщо рідка вода з океану потрапляє на поверхню. Більшість інформації про тіло зібрав на рубежі тисячоліть апарат «Галілео», але його можливості були обмежені, хоча в його даних вдалося згодом знайти свідчення викидів води. У відносно близькому майбутньому цей об'єкт уважно досліджуватимуть автоматичні зонди, такі як американський Europa Clipper і європейський JUICE. Сьогодні дослідженнями Європи займаються наземні обсерваторії.

Американські астрономи під керівництвом Лукаса Паганіні (Lucas Paganini) з Центру космічних польотів Годдарда провели в 2016 і 2017 роках серію спостережень супутника за допомогою одного з найбільших наземних телескопів в Обсерваторії Кека. Всього було проведено 17 сеансів, які повинні були прояснити вміст води в зафіксованих раніше локальних підвищеннях щільності в атмосфері об'єкта. У більшості випадків помітного сигналу не було зареєстровано, але в один день авторам вдалося спостерігати інфрачервоне випромінювання 2095-658 тонн води сумарно над всією провідною півкулею Європи, тобто зверненим у бік орбітального руху.

Існуючі теоретичні оцінки говорили про два способи появи речовини в атмосфері супутника - зовнішніх і внутрішніх. Перші пов'язані з дією плазми магнітосфери Юпітера, сонячного вітру та випромінювання, а також метеоритів. Друге джерело - викиди з-під поверхні. Вважалося, що внутрішні причини призводять до виділення більшої кількості речовини, але вони відбуваються нерегулярно, причому їх частота погано відома.

Ключовою особливістю проведених спостережень автори називають роботу в інфрачервоному діапазоні, куди потрапляють лінії випромінювання молекул води. Механізм цього випромінювання пов'язаний з збудженням молекул сонячним світлом і подальшим переходом в основний стан. У той же час попередні дослідження спиралися на непрямі фактори, такі як модельно залежні оцінки концентрації води на основі даних по атомарному водню і кисню. Таким чином, результати стали першим прямим підтвердженням наявності водяної пари над Європою.

Автори зробили оцінку швидкості закінчення води в моделі простого одиночного викиду. Виявилося, що для відповідності спостереженням в атмосферу супутника повинно потрапляти 2360 ^ 748 кілограм води в секунду. Це на кілька порядків більше, ніж очікується для всіх можливих зовнішніх факторів.

Від 42 до 86 відсотків викинутих молекул повернуться на поверхню і перетворяться на лід. Невелика частка зможе подолати гравітацію і покинути околиці супутника, а близько 1 відсотка дисоціює. Характерний час присутності води над поверхнею визначається часом польоту за балістичною траєкторією, що становить у даному випадку близько 900 секунд.

Вчені поки не можуть однозначно пов'язати спостерігається в атмосфері тіла водяної пар з підлідним океаном. Можливо, що газ містився в пустотах крижаної кори, розташованих ближче до поверхні, і був вивільнений в результаті деформації льоду. Якщо ж вода була викинута крізь найпростіший циліндричний отвір у корі, то для цього його діаметр повинен становити від 120 до 480 метрів.

Нещодавно вчені змогли пояснити характерний візерунок на поверхні іншого крижаного супутника, Енцелада. На цьому тілі спостерігається набагато вищий темп активності, що дозволило зонду «Кассіні» пролетіти крізь гейзери, які б'ють з-під поверхні. Також астрономи показали, що темні плями на Європі, швидше за все, пов'язані з морською сіллю.