Возможный вариант гидротермальной активности в представлении художника

С тех пор, как зонд миссии Кассини вошёл в систему Сатурна и начал изучать его луны, Энцелад стал основной темой для изучения. Когда зонд обнаружил водяные фонтаны и органические молекулы, извергающиеся в районе южного полюса планеты, учёные начали предполагать, что под поверхностью Энцелада может существовать тёплый океан – как у Европы, спутника Юпитера и у других тел Солнечной системы.

В будущем НАСА надеется отправить ещё одну миссию в эту систему, чтобы глубже изучить эти фонтаны и внутренности Энцелада. В эту миссию, вероятно, будет входить новый инструмент, о котором было объявлено недавно – Субмиллиметровый инструмент для поиска основ жизни на Энцеладе (Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument, SELFI). Инструмент предложила команда из Центра космических полётов Годдарда, и недавно он получил поддержку для дальнейшего развития.

До миссии Кассини учёные считали, что поверхность Энцелада твёрдая и замёрзшая. Однако данные с Кассини показали небольшие колебания орбиты луны, говорящие о присутствии подлёдного океана. Как и на Европе, это происходит из-за приливных сил, деформирующих кору, что создаёт достаточно тепла для того, чтобы внутри сохранялась жидкая вода. Вокруг южного полюса из-за этого лёд трескается.


Вариант внутреннего строения Энцелада в представлении художника, демонстрирующий, как гидротермальная активность может приводить к извержению воды на поверхность луны

Миссия Кассини также обнаружила фонтаны, извергающиеся из порядка сотни различных трещин, выплёвывающие частицы льда, водяной пар, диоксид углерода, метан и другие газы в космос. Для более пристального их изучения НАСА разрабатывала достаточно амбициозные инструменты, которые будут работать на миллиметровых или радиочастотах, определяя состав фонтанов и изучая внутренний океан Энцелада.

Согласно научному руководителю SELFI Гордону Чину, проект представляет существенное улучшение точности по сравнению с существующими устройствами, работающими на субмиллиметровой частоте. После развёртывания он будет измерять следы химических веществ в фонтанах воды и частиц льда, периодические вылетающие из трещин на юге Энцелада, также известных, как «тигровые полоски». Кроме изучения химического состава океана, этот инструмент ответит на вопрос о потенциальном наличии в нём жизни.

На Земле гидротермальные источники служат домом для процветающих экосистем, и даже считаются некоторыми источником жизни на Земле. Поэтому учёные так сильно хотят изучить гидротермальную активность на лунах типа Энцелада – ведь они представляют собой наиболее вероятное местонахождение внеземной жизни в Солнечной системе. Как отметил Чин в пресс-релизе НАСА:

Субмиллиметровые длины волн, попадающие в диапазон радио высокой частоты, дают нам способ измерить количество различных молекул в холодном газе. Мы сможем просканировать все фонтаны и узнать, что выходит из Энцелада. Водный пар и другие молекулы могут частично открыть химический состав океана и подсказать наилучший для космического аппарата путь для пролёта через фонтаны с целью прямого измерения других показателей.


«Тигровые полоски» на Энцеладе, сфотографированные зондом Кассини

Такие молекулы, как вода, диоксид углерода, и другие элементы, испускают радиоволны определённой частоты, к которой чувствительны субмиллиметровые спектрометры. Спектральные линии хорошо разделены, а интенсивность их испускания позволяет численно оценить их. Иначе говоря, такие инструменты, как SELFI, смогут не только определить химический состав внутреннего океана Энцелада, но и измерить количество этих веществ.

Десятилетиями спектрометры использовались в космических исследованиях для измерения химических составов планет, звёзд, комет и других целей. Недавно учёные начали пытаться получать спектры удалённых планет, чтобы определить химический состав их атмосфер. Это важно при поисках потенциально обитаемых экзопланет, поскольку для известной нам жизни необходимы водяной пар, азот и кислород.

Сканирование в субмиллиметровом диапазоне – процесс относительно новый, поскольку чувствительные к нему инструменты сложны и их трудно изготавливать. Но с помощью финансирования от НАСА Чин с коллегами увеличивают чувствительность инструмента при помощи усилителя, рассчитанного на сигнал в 557 ГГц. Это позволит SELFI обнаруживать даже небольшие следы воды и газов, исходящих от поверхности Энцелада.

Другие улучшения включают более эффективную по использованию энергии и гибкую систему обработки данных, а также сложный цифровой спектрометр для радиочастот. Сюда войдёт высокоскоростная программируемая схемотехника, преобразующая радиочастотные данные в цифровые сигналы, которые затем можно анализировать для измерения количества, температуры и скорости газа в фонтанах Энцелада.


Вероятные результаты спектроскопии одного из фонтанов Энцелада. Это пример данных, которые может выдать телескоп Джеймса Уэбба.

Улучшения позволят SELFI одновременно обнаруживать и анализировать 13 различных типов молекул, включая разные изотопы воды, метан, аммиак, озон, пероксид водорода, диоксид серы, хлорид натрия (т.е. соль). Чин считает, что команда может проработать инструмент так, чтобы он пригодился не только на Энцеладе, но и других будущих миссиях. «SELFI – новое устройство, – говорит он. – И это один из самых амбициозных субмиллиметровых инструментов».

К примеру, несколько лет назад учёные обнаружили фонтаны, исходящие от поверхности Европы. И здесь эта активность считается результатом геотермических процессов, отправляющих фонтаны тёплой воды из недр внутреннего океана луны на поверхность. НАСА уже планирует проанализировать эти фонтаны и фонтаны Энцелада при помощи космического телескопа Джеймса Уэбба, который должен встать в строй в 2019-м.

Ещё одна возможность – оборудовать межпланетную станцию Europa Clipper, готовящуюся к пуску где-то между 2022 и 2025 годами инструментом вроде SELFI. В набор инструментов станции уже напрашивается спектрометр, но улучшенное устройство для работы на субмиллиметровых и радиочастотах может позволить более тщательно изучить фонтаны Европы. Эти данные могут разрешить идущий много десятилетий спор по поводу того, способны ли её внутренности поддерживать жизнь.

В грядущих десятилетиях одним из величайших приоритетов изучения космоса будет исследование океанических миров Солнечной системы на предмет следов жизни. Для этого НАСА и другие космические агентства разрабатывают необходимые инструменты, способные вынюхивать химические и биологические индикаторы. Уже в ближайшее десятилетие может оказаться, что жизнь на Земле – не исключение, а часть правила.