Европа, спутник Юпитера – один из самых интересных объектов нашей Солнечной системы. Считается, что под его поверхностью существует океан, в котором, вероятно, содержится в три раза больше воды, чем на всей Земле. Потенциально на этом небольшом спутнике может существовать жизнь. Но потенциально обитаемый подповерхностный океан – не единственное, что интересует учёных. Лёд на поверхности спутника для них не менее интересен – а особенно длинные красные полосы, пересекающие его испещрённую трещинами поверхность.
Эти полосы – самый характерный визуальный признак Европы, но при этом учёные пока не могут определить их химический состав, поскольку на Земле субстанций с подобными характеристиками нет. В исследовании 2015 года было сделано предположение, что эти красные полоски могут быть отложениями соли из внутреннего океана, которая была вынесена на поверхность излучением.
На изучении именно этих полос, а точнее – их химического состава и происхождения, сконцентрировалась международная команда исследователей из Вашингтонского университета. А всё благодаря открытию нового кристалла, который может помочь с объяснением процессов, породивших полосы на Европе. Кристалл был получен в лаборатории, но учёные считают, что он с тем же успехом может сформироваться и на дне глубокого океана на таком небесном теле, как Европа. Кристалл формирует вода и хлорид натрия, известный в быту, как поваренная соль – а это два самых распространённых на Земле химических соединения.
Доктор Баптист Жорно, адъюнкт-профессор департамента земных и космических наук при Вашингтонском университете, говорит, что в наши дни фундаментальные открытия в науке случаются редко. «Поведение соли и воды в земных условиях хорошо нам знакомы, а вот касательно других случаев мы пребываем в неведении. И теперь мы изучаем планеты, химические вещества на которых нам очень хорошо знакомы, но находятся они в крайне экзотических условиях. И нам приходится заново переизобретать всю минералогию с XIX века, приспосабливая её для высоких давлений и низких температур. Это очень интересное занятие».
В рамках работы исследователи изучали гидрат – ледяную решётку, формирующуюся в холодной солёной воде. До недавнего времени учёным был известен только один гидрат хлорида натрия – гидрогалит. В нём на каждую молекулу соли приходится две молекулы воды (NaCl•2H2O).
При помощи прозрачных алмазов учёные сжали крохотное количество солёной воды при низкой температуре до давления, в 25 000 раз превосходящего атмосферное. В результате они нашли два новых вида кристалла гидрата хлорида натрия. В первой структуре содержится две молекулы хлорида натрия на 17 молекул воды, в другой – одна молекула хлорида натрия на 13 молекул воды. Также оказалось, что первая структура остаётся стабильной даже при минимальном давлении, близком к вакууму – таком, которое наблюдается на поверхности Луны. Вторая структура оставалась стабильной только при высоких давлениях. Вероятно, эти уникальные кристаллические структуры могут объяснить происходящее на поверхностях спутников Юпитера.
Микроскопическое фото нового гидрата – две молекулы хлорида натрия на 17 молекул воды. Появляется при высоком давлении, но остаётся стабильном и при низком. Длина масштабной полоски 50 мкм.
Слева – давно известный гидрат с одной молекулой соли на две молекулы воды. В середине – новый кристалл с двумя молекулами хлорида натрия на 17 молекул воды. Справа – одна молекула хлорида натрия на 13 молекул воды.
«Мы пытались понять, как добавление соли изменит количество льда, которое можно получить – ведь соль работает как антифриз, — сказал Жорно. – Мы с удивлением обнаружили, что при повышении давления начали расти вот эти неожиданные кристаллы. Это была удача».
Подобные условия с низкой температурой и большим давлением скорее всего существуют и на Европе. Учёные предполагают, что её океан может быть глубиной в сотни километров, а покрывать его может слой льда толщиной от 5 до 10 км. На дне океана, скорее всего, существуют более плотные ледяные структуры – там ещё холоднее, а давление ещё больше.
Далее учёные планируют создать более крупный образец кристалла, чтобы узнать, соответствуют ли красные полосы на Европе свойствам двух найденных кристаллов.
У НАСА и Европейского космического агентства ЕКА есть в разработке несколько миссий, которые планируют посетить Европу и Титан для изучения их обитаемости. ЕКА в апреле этого года планирует запустить зонд для изучения ледяных спутников Юпитера JUICE. К системе Юпитера он прибудет в июле 2031 года. Миссия НАСА Europa Clipper запланирована на октябрь 2024 года, и прибудет к Юпитеру в 2030-м. Миссия НАСА к Титану, Dragonfly, должна будет стартовать в 2027 и прибыть к Титану в 2034. Эти миссии будут изучать химический состав этих загадочных и интригующих миров, и помогут учёным разработать наиболее подходящие способы поисков признаков жизни.
Доктор Жорно говорит, что это единственные планеты кроме Земли, на которых жидкая вода существует достаточно долго по геологическим масштабам – а это важнейшее условие для появления и развития жизни. «Они, по моему мнению, представляют собой наилучшие места в нашей Солнечной системе для обнаружения внеземной жизни. Нам необходимо изучать их экзотические океаны и общую композицию, чтобы лучше понять историю их формирования, эволюции, и то, как они смогли удержать воду в жидком состоянии в холодных регионах Солнечной системы, на таком расстоянии от Солнца».
