Космические зонды открыли нам таинственное царство внешней части Солнечной системы, где плавают покрытые льдом планеты, окутанные дымкой и содержащие моря метана. Но какими негостеприимными бы они ни казались, за минувшие несколько десятилетий появилось все больше признаков того, что некоторые из спутников наших газовых гигантов могут располагать средой, подходящей для образования жизни. И не когда-то в прошлом, как Марс, а прямо сейчас. Европа, спутник Юпитера, а также луны Сатурна Энцелад и Титан стали целями следующих великих поисков жизни.

НАСА старается сделать более отчетливой картину внешней Солнечной системы, на протяжении долгих лет остававшейся неясной, с помощью данных, собранных тремя миссиями: космических кораблей-близнецов Voyager, отправленных в 1977 году, миссии Galileo к Юпитеру и миссии «Кассини» (Cassini), исследующей систему Сатурна с 2004 года. Ученые десятилетиями анализировали поставленные этими аппаратами данные, набрасывая очертания и устанавливая химический состав более чем ста спутников Юпитера и Сатурна, чтобы сделать основательное предположение о том, где могут скрываться биологические процессы.

Если жизнь будет найдена, то сообщит о ней, возможно, Кевин Хэнд (Kevin Hand). Планетолог и астробиолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (Калифорния), Хэнд входит в команду новой миссии по исследованию Европы — аппарата многократного облета Европы (Multiple Flyby Mission). Идея по созданию аппарата для этой миссии под рабочим названием Europa Clipper появилась десять лет назад, и в этом году получила, наконец, финансирование из федерального бюджета. Проект должен разработать спускаемый модуль для запуска в середине 2020-х годов. Хэнд — один из руководителей подгруппы по работе над главной целью миссии: проверки пригодности Европы для жизни.

Пролетая мимо системы Юпитера, два корабля Voyager сделали потрясающее открытие: на луне Ио имелись действующие вулканы. Гравитация гигантской планеты и ее крупных спутников создавали волны, разогревавшие внутренности луны. Ученые быстро поняли, что эти же самые силы могут разогреть и внутреннюю часть Европы до температуры, достаточной для поддержания в жидком состоянии глобального океана, предположительно, скрывающегося под гладкой коркой льда. Если на Европе есть обширные запасы воды, то для появления микроорганизмов потребуется лишь немного органических веществ и энергии.

Прибыв развивать данные, собранные Voyager, аппарат Galileo определил, что у Европы есть металлическое ядро, окруженное каменной мантией. Мантия служит дном океана соленой воды, и его объем в два раза превышает совокупный объем океанов планеты Земля. Несколько дней назад ученые использовали данные Galileo, чтобы выяснить вероятность существования глиноподобных веществ, образованных в результате геотермических процессов на океанском дне, которые могут указывать на присутствие органики (молекул углерода). На Земле на дне океана геотермические клапаны создают энергетическое взаимодействие воды с каменистым дном, что позволяет поддерживать жизнь без прямого поступления солнечной энергии. В работе по поиску жизни возможность существования на Европе углерода вызывает большой интерес.

Одной из любопытных характерных черт Европы являются линии, пролегающие по гладкому льду. Ученые полагают, что это заново замерзшие трещины. Волновые силы, благодаря которым океан остается в жидком состоянии, разламывают лед. Океанская вода устремляется в разломы и замерзает в них. Таяние и повторное замерзание служат причиной сохранения поверхности льда относительно гладкой. «Мы знаем, что по шкале времени в десятки миллионов лет Европа геологически активна, так как на поверхности не видно никаких серьезных кратеров», — говорит Хэнд. Есть один крупный кратер Пвилл и несколько кратеров поменьше, но они относительно молодые. Ледяная поверхность Европы настолько же стара, насколько стары осадочные породы на дне океана Земли — «самого молодого вещества нашей планеты, или второго после активных вулканов», говорит Хэнд.

Так что если вы ученый, разыскивающий окружающую среду, похожую на Землю, единственную известную нам планету, где бурлит жизнь, то Европа кажется все более и более интересной по мере того, как мы изучаем ее. Увеличим искушение: если космический корабль сможет пролететь над ледяной поверхностью и обнаружит трещину, то специальный аппарат сможет опуститься и непосредственно взять пробу из океана. «Говоря проще, Европа — это то место, где сегодня следует искать жизнь, жизнь, к которой мы однажды сможем прикоснуться и проверить, действительно ли второй источник жизни находится у нас на заднем дворе», — сказал Хэнд.

Не каждый согласен с тем, что Европа — цель номер один. Возможно, легче будет найти жизнь по соседству. Почему бы вместо того, чтобы отправлять космический аппарат совершать посадку на ледяную поверхность и бурить ее ради признаков жизнь, не послать аппарат к соседней луне и взять пробы вещества, которое она выбрасывает в космос? Такова ситуация с Энцеладом, одной из десятков лун Сатурна. Этот маленький мир, по размеру едва ли не меньше Вайоминга, практически не был известен, пока Кассини не прибыл к Сатурну. Примерно год спустя Кассини обнаружил, что Энцелад выбрасывает струи ледяных частиц. Команда Кассини была так воодушевлена этим открытием, что изменила траекторию полета аппарата для более частого посещения этой луны.

© ESA
Межпланетная станция «Кассини-Гюйгенс» (Cassini Guygens)


Эти струи извергаются с меньшей скоростью, чем в случае старых добрых извержений вулкана, но в космическом вакууме они отходят от Энцелада достаточно далеко, чтобы Кассини мог пролететь через них. Во время облетов за минувшее десятилетие Кассини обнаружил множество вероятных признаков жизни на космическом теле внизу. Струи состоят из воды в газообразном, жидком и твердом состоянии. Эти частицы могут нести организмы из еще одного океана планетарного масштаба, по типу того, что на Европе. Ученые недавно пришли к выводу о его существовании. Кассини также обнаружил частицы окиси кремния, что может говорить о геотермических процессах на дне океана, из-за которых это вещество попадает в воду. Но чтобы сделать следующий шаг в открытии, Кассини не годится. Этому космическому аппарату 20 лет, и он снабжен инструментами 20-летней давности. Никто не знал, что Кассини найдет луну, на которой возможна жизнь. А если бы астрономы и знали об Энцеладе, то во время строительства аппарата не было технологий, которые могли бы точно установить, есть ли жизнь на этой луне.

Поэтому планетолог Джонатан Люнайн (Jonathan Lunine) предлагает НАСА отправить экспедицию под названием «Поиск жизни на Энцеладе» (Enceladus Life Finder, ELF). Профессор Корнелльского университета, автор двух учебников по астробиологии и планетам, пригодным для жизни, спланировал аппарат для поиска жизни вместе с Крисом Маккем (Chris McKay).

Ведущий астробиолог и ученый NASA в Исследовательском центре Эймс в Калифорнии, Маккей большую часть своей карьеры посвятил Кассини. Люнайн представил аппарат по поиску жизни на Энцеладе как более усовершенствованный вариант Кассини, «оснащенный масс-спектрометрами более высокого разрешения, дальности и чувствительности». Эти приборы смогут измерить химический состав и сделать заключение о том, возможна ли жизнь в океане на Энцеладе. Но инструменты позволят не только пристально взглянуть на окружающую среду луны. Они будут искать модели и процессы, объяснить которые может только биология. ELF может найти жизнь. И самое важное — он может сделать это всего за десять погружений в выбрасываемые Энцеладом струи.

Люнайн и Маккей предложили ELF для последнего раунда исследовательских миссий НАСА. Агентство выбирает эти относительно недорогие экспедиции по изучению солнечной системы, стоимостью 450 млн долларов каждая, раз в два-три года. Такие проекты, как Mars Pathfinder, космический телескоп «Кеплер» и аппарат «Мессенджер», отправленный на орбиту Меркурия, были относительно низкобюджетными по сравнению с такими известными проектами, как Кассини и «Проект многоразового облета Европы», стоившие два-три миллиарда долларов. ELF был одним из трех астробиологических проектов по Энцеладу. Калифорнийский технологический институт и Лаборатория реактивного движения предложили «Путешествие к Энцеладу и Титану» (Journey to Enceladus and Titan, JЕT). Большая группа ученых из НАСА, Университета штата Аризона, Ball Aerospace и Японского космического агентства внесли проект «Исследование жизни на Энцеладе» (Life Investigation for Enceladus, LIFE), призванный принести образец из струи, выброшенной луной, с помощью аэрогеля, подобно тому, как «Стардаст» принес образцы с кометы в 2006 году. Однако NASA, отбирая пятерку финалистов в сентябре, отказалась от всех проектов по внешней части Солнечной системы в пользу двух миссий по изучению Венеры и трех — по изучению астероидов и объектов в околоземном пространстве. «Это было немного преждевременно», — говорит Люнайн о ELF. Идея понравилась, но НАСА нужно лучшее техническое оснащение для производства запланированных инструментов такого аппарата.

Вот почему миссия к Европе стала хорошими новостями и для фанатов Энцелада. Аппарат по совершению многоразовых облетов будет нести тот же масс-спектометр, который Люнайн хотел поместить на ELF, а также похожее оборудование для изучения частицы пыли. Когда аппарат несет множество инструментов, НАСА проявляет гибкость относительно технической готовности. Даже если один прибор откажет, остальные позволят собрать огромное количество сведений. Конструирование приборов снимет множество вопросов относительно технической готовности проекта ELF.

© NASA,
Спутник Юпитера Европа


Еще один важный момент, в котором экспедиция на Европу сможет дать зеленый свет и для ELF, относится к ракетному двигателю. Чтобы не выйти за рамки бюджета, аппарат ELF практически наверняка должен будет использовать солнечную энергию. Более крупные экспедиции используют аппараты на радиоизотопном термоэлектрическом генераторе, для которого нужен обработанный плутоний, дорогой материал, который надо произвести незадолго перед использованием. Тем не менее, НАСА все еще колеблется относительно использования солнечной энергии для миссий к Сатурну, говорит Люнайн. После того, как Juno, космический аппарат, который должен прилететь в систему Юпитера позднее в этом год,. и космический аппарат, готовящийся к полету к Европе, выполнят свои миссии на солнечной энергии, НАСА преодолеют «ментальный барьер» и утвердят ELF, считает Люнайн. «Следует проверить в деле эту технологию, важную для экспедиций к Сатурну, — говорит он. — Вокруг Сатурна множество миров, которые мы хотели бы изучить, и для этого необходимо использовать солнечную энергию». Люнайн и его команда надеются, что, когда они в следующий раз предложат свой проект, это будет «проще простого».

Есть и третья луна, которую хотели бы изучить ученые, и где полно странностей. «Я проявлю бесшабашность и скажу, что я поклонник Титана», — говорит Дэвид Гринспун (David Grinspoon), старший научный сотрудник Института планетологии (Planetary Science Institute), ставший первым председателем отдела астробиологии в Библиотеке Конгресса в 2013 году. На этой луне Сатурна есть характерные для пригодных для жизни миров черты, о которых его два ледяных соперника могут только мечтать. Это единственная известная нам луна в Солнечной системе, располагающая достаточной атмосферой, богатой сложными органическими молекулами. Помимо воды под поверхностью, как на Европе и Энцеладе, у Титана есть жидкость и на его поверхности. В 2014 году Кассини прислал фотографии, показавшие, как солнечный свет отражается от гигантских озер в районе полюсов Титана. Он также в 2005 году отправил посадочный модуль «Хайдженс» (Huygens). Ученые надеялись, что он сядет в открытом океане, но вместо этого наш первый взгляд на туман на Титане показал поверхность, оказавшуюся сухой, мягкой, пылеподобной субстаницей. На этой луне бывают осадки, бури и времена года. Важное примечание: похоже, озера на поверхности состоят из метана, способного оставаться жидким в типичной для Титана температуре порядка −300 градусов по Фаренгейту (около −184 градусов по Цельсию). «Так что посещение морей Титана — это азартная игра, скажем так», — говорит Люнайн.

Гринспун отвечает на это астробиологическим вариантом фразы «никто не совершенен». «Если подумать о том, что нужно жизни, то есть, циклическое поведение энергии и химические реакции, то на Титане это есть, — говорит он. — Мы сосредоточены на поиске жизни в воде, потому что сами состоим из воды, но мы не знаем, на что еще способна Вселенная». Несколько лет назад фирма Proxemy Research из Мэриленда предложила НАСА проект по исследованию морей Титана (Titan Mare Explorer, TiME), предусматривавший высадку маленькой лодки с антенной в метановом море. В 2012 году, когда НАСА в прошлый раз выбирало исследовательские миссии, проект дошел до финала с еще двумя предложениями, но в итоге был выбран «Инсайт» (InSight) — посадочный модуль на Марсе.

«Есть три места, где следует искать жизнь, и мы должны отправиться ко всем троим, — говорит Люнайн. — Но в каждом случае требуется своя стратегия. Сегодня мы гораздо больше знаем о вероятной пригодности Энцелада для жизни, чем об океанах на Титане или даже Европе». Астробиологи согласны с ним в первой части — надо посетить все три. Но насчет второго момента, с чего начать, есть разногласия. «Если мы бы могли одновременно отправиться и туда, и туда (на Европу и на Энцелад), я был бы рад, потому что химический состав на Энцеладе завораживает», — говорит Хэнд. Но он не убежден в том, что эта луна более пригодна для жизни. «У нас нет уравнения для жизни, но есть предположения. Нужны жидкая вода, необходимые для жизни элементы (органические молекулы), источник энергии (вроде той, что Земля получает от солнечной радиации), каталитическая поверхность (где все это может взаимодействовать) и время». И последнего элемента Энцеладу не хватает, говорит Хэнд: «Мы не уверены насчет того, как долго и почему существует подземный океан на Энцеладе». По одной теории, океан существует столько, сколько существует система Сатурна. Но, как отметил Хэнд, Энцелад настолько мал, что океан мог образоваться от недавнего столкновения с метеоритом. Европа, с другой стороны, слишком велика, чтобы получить всю воду таким образом, так что ее океан наверняка существует достаточно долго, чтобы в нем могла зародиться жизнь.

Маккей не понимает этот аргумент. «У большинства людей есть предрассудок — они считают, что жизнь зародилась на Земле, и на это потребовались миллиарды лет, но у нас нет научной информации в поддержку этих предположений», — говорит он. Все, что нам известно, это то, что на Энцеладе точно есть вода и органика. Насчет Европы таких наблюдений не было.

© JHUAPL / SWRI / NASA
Европа над Юпитером, фотография сделана камерой LORRI космической станции «Новые горизонты»


Есть еще одна крупная проблему, которую следует решить на Европе. Магнитная сфера Юпитера, и без того значительная благодаря гигантскому размеру планеты, усиливается дополнительно электрическими токами, производимыми металлическим водородом во внешней части ядра, к тому же, магнитную сферу усиливает и вулканическая активность на Ио. В результате образуется радиация, представляющая собой большую трудность для любого космического аппарата в этой системе. Проектировщики аппарата создают защитную оболочку для него, но во время миссии на Европе приборам придется выглядывать за пределы защиты. Поэтому аппарат будет совершать облеты, а не займет позицию на орбите Европы. Его траектория предусматривает большие обороты в количестве 45, чтобы не оставаться надолго «в горячей зоне». «Это все равно, как если забегать в горящий дом, хватать ценности и убегать, немного пережидать и повторять снова», — объясняет Маккей. Такая стратегия не годится для экспедиции со спускаемым модулем. Маккей говорит о геофизической миссии, которая сможет составить карту поверхности и проверить наличие признаков пригодности для жизни, но не саму жизнь.

Вы вполне можете спросить, не уничтожила ли такая мощная радиация любую возможную жизнь? Хэнд говорит, что радиация «может стать необходимой составлющей для появления экосистемы». Жизнь в океане будет защищена от прямого воздействия толщей льда. Фактически облучение льда создает такие вещи, как молекулярный кислород и перекись водорода. «Это составляющие системы для микробов. Откровенно говоря, экосистемы сложных организмов любят жевать их», — говорит Хэнд. Теперь вопрос лишь в том, проживет ли робот NASA достаточно долго под жестким излучением, чтобы засечь жизнь, процветающую благодаря ему.

Обнаружение микроскопических живых существ подо льдом на Европе или Энцеладе станет гигантским прорывом для человеческих знаний. «Мы ищем новый пример биохимии, который поможет нам лучше понять нашу, — объясняет Маккей. — Представьте себе, что сейчас у нас есть только яблоко. Подумайте, насколько лучше мы могли бы понять яблоко, получив апельсин для сравнения». Нынешняя эпоха открытия экзопланет добавляет остроты поиску микроскопических форм жизни в нашей солнечной системе, говорит Сет Шостак (Seth Shostak), директор института SETI по розыску сигналов другой разумной жизни. «Двадцать лет назад мы считали планеты редкостью. Сегодня мы знаем, что 70%-80% звезд имеют планеты. Если Европа окажется планетой, способной поддерживать жизнь в случае наличия нужных химических ингредиентов и некоторого времени, только представьте себе, что может твориться в других местах», — говорит он.

Ученые, требующие провести исследования лун во внешней Солнечной системы, должны быть вдохновлены заявлением Дэвида Шурра (David Schurr) из отдела планетологии НАСА в январе 2016 года: Энцелад и Титан входят в сферу интересов миссии New Frontiers, средней по размеру экспедиции, похожей на Juno и New Horizons, исследующему Плутон. На ближайшие десятилетия астробиология станет приоритетом НАСА. Если миссии агентства найдут то, на что рассчитывают ученые, то следующее поколение землян будет первым, кто вырастет с полным знанием о чужих, живущих по соседству.