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 стабильным 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».
