Что покажет нам свечение луны Юпитера Европы?

Спутник Юпитера Европа - самый перспективный кандидат в Солнечной системе на присутствие внеземной жизни. Однако до сих пор химический состав его ледяной коры и океана под ней известен лишь частично. Однако необычное свойство луны Юпитера, ночная сторона которой освещена, может вскоре помочь получить о ней больше информации: свечение Европы вызвано постоянной бомбардировкой поверхности льда высокоэнергетическими частицами с близлежащего Юпитера, а спектр этой флуоресценции показывает, какие молекулы присутствуют во льду.

На первый взгляд ледяная луна Европы кажется холодной и очень неприятной. Поскольку вся поверхность спутника покрыта льдом, здесь нет защитной атмосферы, а температура составляет около - 150 °C. Но в 10-15 км подо льдом - совершенно другой мир: океан жидкой соленой воды, глубина которого,, как показывают данные космических зондов, может достигать 100 км. Приливные силы Юпитера поддерживают воду, та как сила тяжести, которая изменяется в зависимости от положения Европы на орбите, сжимает и расширяет кору и ядро луны и нагревает их. Это создает течения под ледяной поверхностью, и в ней появляются многочисленные трещины, сквозь которые водяной пар проникает наружу.

Бомбардировка электронами заставляет молекулы светиться

Однако пока планетологи могут только строить догадки о химическом состоянии воды в подледном океане Европы и о том, является ли она благоприятной для жизни. В этом вопросе решающим является химический состав воды и покрывающей ее ледяной корки.

«Знание неорганического состава поверхности Европы важно, например, чтобы иметь возможность проверить соленость океана и модели обмена между океаном и поверхностью».
Мурти Гудипати (НАСА)

Это одна из причин, по которой планируется запустить к Луне Юпитера в ближайшие несколько лет космический зонд Europa Clipper.

Состав ледяной корки может показать, насколько на самом деле благоприятен для жизни подледный океан Европы Фото: © НАСА / Лаборатория реактивного движения-

Хотя эта флуоресценция слишком слабая, чтобы ее можно было заметить в наземные телескопы, ученые полагают, что это свечение будет хорошо видно, когда мимо луны Юпитера пролетит Europa Clipper. Причина появления такого освещения - постоянная бомбардировка спутника Юпитера заряженными частицами из магнитного поля самой гигантской планеты. Когда эти частицы сталкиваются с молекулами и атомами на поверхности Европы, они отдают им энергию. А когда те возвращаются в свое прежнее состояние, они излучают энергию в виде фотонов и светятся.

«Такое световое излучение, вызываемое электронной бомбардировкой, известное также как электронно-стимулированная люминесценция, уже наблюдалось в нескольких исследованиях с чистым водяным льдом».
Мурти Гудипати

Соленый лед тоже излучает характерные световые спектры. Поэтому исследователи считают весьма вероятным, что такое свечение произойдет и на Европе.

Так может выглядеть флуоресценция ночной стороны Европы вблизи. Фото: © НАСА / Лаборатория реактивного движения

Спектральная подпись раскрывает композицию

Гудипати и его коллеги более подробно исследовали, как может выглядеть свечение на ночной стороне Европы и какие спектральные сигнатуры оставляют после себя различные молекулы, которые могут присутствовать во льду луны Юпитера. Для этого они бомбардировали различные ледяные смеси электронами с энергией до 25 МэВ. Это соответствует диапазону энергий потоков частиц, попадающих, согласно расчетам, на ночную сторону Европы. И действительно: при бомбардировке электронами лед начал светиться.

«Аналоги льда Европы, когда они подвергаются воздействию пучков электронов высокой энергии, излучают характерные спектральные сигнатуры в видимом диапазоне. Спектры водяного льда имеют при этом три характерные полосы излучения».
Мурти Гудипати

Один из этих пиков находится в фиолетовом диапазоне (330 нм), второй - в сине-зеленом (440 нм), а третий, особенно сильный, имеет максимум в желто-зеленом диапазоне (525 нм).

Как показали дальнейшие испытания, тонкие изменения в этом основном спектре могут показать, примешаны к водяному льду соли и какие. Добавление хлорида натрия (NaCl) сильно уменьшило пик излучения на 525 нм, тогла как присутствие сульфата магния привело к небольшому смещению этого пика до длины волны 560 нм.

«Спектры льда, легированного сульфатами, тоже показали широкое плечо излучения в красной области, которого не было ни в одном из других типов льда».
Мурти Гудипати

Согласно расчетам, свечение и его спектральные характеристики должны быть достаточно сильными, чтобы их мог уловить и прочитать космический зонд Europa Clipper во время пролета на высоте около 50 км.

"Таким образом, можно использовать ночные переходы. чтобы получить карту состава ледяной поверхности Европы».
Мурти Гудипати

Это может помочь выяснить, обладают ли кора и океан луны Юпитера химическими предпосылками для жизни.

Источник: wissenschaft.de