Супутник Європа

Євро́па (дав.-гр. Ευρώπη), або Юпітер II — супутник Юпітера, найменший з чотирьох галілеєвих супутників. Відкрита 1610 року Галілео Галілеєм і, можливо, незалежно від нього Симоном Маріусом. Протягом століть за Європою велися все більш різнобічні спостереження з допомогою телескопів, а починаючи із 1970-х років — і космічних апаратів, які пролітали поблизу.

За розмірами Європа поступається Місяцеві. Вона складається переважно з силікатних порід, а в центрі має залізне ядро. Поверхня складається з льоду і є однією з найбільш гладких у Сонячній системі; на ній дуже мало кратерів, але багато тріщин. Молодість і гладкість поверхні стали причиною появи гіпотези, що під нею розташовується водяний океан, в якому не виключена наявність мікроскопічних живих організмів. Ймовірно, він не замерзає завдяки припливним силам, періодичні зміни яких викликають деформацію супутника і, як наслідок, нагрівання його надр. Це також є причиною ендогенної геологічної активності Європи, що нагадує тектоніку плит. Супутник має вкрай розріджену атмосферу, що складається переважно з кисню.

Цікаві характеристики Європи, особливо можливість виявлення позаземного життя, призвели до цілого ряду пропозицій щодо досліджень супутника. Місія космічного апарата «Галілео», яка почалася 1989 року, надала більшу частину сучасних даних про Європу. В бюджеті NASA на 2016 рік виділені кошти на розробку автоматичної міжпланетної станції Europa Clipper, призначеної для вивчення Європи на предмет наявності життя на ній; запуск найімовірніший в середині 2020-х рр. Запуск апарата для вивчення крижаних супутників Юпітера, Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), заплановано на 2022 рік.

Європа відкрита Галілео Галілеєм у січні 1610 року за допомогою винайденого ним телескопа-рефрактора з 20-кратним збільшенням. До цього, 1609 року, Європу спостерігав німецький астроном Симон Маріус, але вчасно не повідомив про це наукове товариство.

Перше спостереження супутника було виконане Галілеєм в ніч із 7 на 8 січня 1610 в Падуанському університеті, однак тоді він не зміг відділити Європу від іншого супутника Юпітера — Іо — та вважав їх єдиним об'єктом, про що зробив запис у своєму щоденнику, фрагмент якого пізніше опубліковано в «Stella Gazette». Помилка була виявлена Галілеєм наступної ночі, з 8 січня 1610 року (цю дату МАС і схвалив як дату відкриття Європи). Відкриття Європи та інших галілеєвих супутників було анонсовано Галілеєм в роботі «Sidereus Nuncius» у березні 1610 року, де він назвав їх «планетами Медічі» (на честь свого покровителя) і позначив римськими цифрами.

 

У своєму виданні «Mundus Jovialis», опублікованому 1614 року, німецький астроном Симон Маріус стверджував, що спостерігав Іо та інші супутники Юпітера ще 1609 року, за тиждень до відкриття їх Галілеєм. Галілей висловив сумніви у достовірності цих тверджень і відхилив роботу Маріуса як плагіат. Перше зареєстроване спостереження Маріуса датується 29 грудня 1609 року за юліанським календарем, що відповідає 8 січня 1610 року за григоріанським календарем, яким користувався Галілей.

Назва «Європа» дана С. Маріусом 1614 року, а ще раніше запропонована Йоганном Кеплером. Супутник названо ім'ям Європи — персонажа давньогрецької міфології, коханої Зевса (Юпітера).

Однак назва «Європа», як і назви, запропоновані Маріусом для інших галілеєвих супутників, практично не використовувалися аж до середини XX століття. Тоді вона стала загальновживаною (хоча ідею Кеплера та Маріуса називати супутники планет іменами наближених відповідного бога астрономи підтримали ще століттям раніше — після відкриття декількох супутників у Сатурна). У більшій частині ранньої астрономічної літератури ці супутники позначалися іменем планети з додаванням римської цифри (система, введена Галілеєм). Зокрема, Європа була відома як Юпітер II, або як «другий супутник Юпітера». З відкриттям 1892 року Амальтеї, орбіта якої розташовується ближче до Юпітера, Європа стала третім супутником, а 1979 року космічний апарат «Вояджер» виявив ще три внутрішніх супутника. Таким чином, за сучасними даними, Європа — шостий за відстанню від Юпітера його супутник, хоча за традицією її продовжують називати «Юпітер II».

Більш ніж через півстоліття, 1676 року Європа, поряд із іншими галілеєвими супутниками, сама стала предметом значимого для науки тих років відкриття. Спостерігаючи за тим, як Європа та інші галілеєві супутники час від часу зникають із виду проходячи за диском Юпітера, данський астроном Оле Ремер встановив, що протягом року проміжки між такими затемненнями відрізняються за часом. Спочатку висувалася гіпотеза про те, що швидкість обертання супутників по орбіті змінюється із певною періодичністю, однак Ремер, який розумів всю абсурдність такого припущення, вирішив знайти інше пояснення, пов'язавши його з природою світла. Якщо б світло поширювалося з нескінченною швидкістю, то на Землі затемнення в системі супутників спостерігалися б через рівні інтервали часу. В такому випадку, наближення та віддалення Юпітера від Землі не мало б ніякого значення. Звідки Ремер зробив висновок, що світло поширюється зі скінченною швидкістю. Тоді затемнення повинні спостерігатися через деякий час після їхнього настання. Стало зрозуміло, що цей час напряму залежить від швидкості світла і відстані до Юпітера. Ремер використав ці дані та дав першу оцінку швидкості світла, отримавши значення 225 тис. км/с, яке відрізняється від сучасного — близько 300 тис. км/с.

 

Європа обертається навколо Юпітера по орбіті радіусом 670 900 км, роблячи повний оберт за 3,551 земних діб. Орбіта супутника майже колова (ексцентриситет дорівнює всього 0,009) і слабо нахилена до площини екватора планети (на 0,466°). Як і всі галілеєві супутники, Європа завжди повернута до Юпітера однією і тією ж стороною (перебуває у припливному захопленні). В центрі цієї сторони Юпітер завжди перебуває прямо над головою. Через цю точку проведений нульовий меридіан Європи.

Однак деякі дані вказують на те, що припливне захоплення супутника неповне і його обертання трохи асинхронне: Європа обертається навколо власної осі швидше, ніж навколо планети, або, принаймні, так було в минулому. Це свідчить про асиметричний розподіл маси в її надрах і про те, що крижана кора відділена від кам'яної мантії шаром рідини.

Хоча ексцентриситет орбіти Європи невеликий, він дає початок її геологічній активності. Коли Європа наближається до Юпітера, їхня припливна взаємодія посилюється, і супутник трохи витягується в напрямку на планету. Через половину періоду обертання Європа віддаляється від Юпітера і припливні сили слабшають, дозволяючи їй знову стати округлішою. Крім того, через ексцентричність орбіти Європи її припливні горби періодично зміщуються по довготі, а через нахил її осі обертання — по широті. Величина припливних деформацій, згідно з розрахунками, лежить у межах від 1 м (якщо супутник повністю твердий) до 30 м (якщо під корою є океан). Ці регулярні деформації сприяють перемішуванню і нагріванню надр Європи. Тепло стимулює підземні геологічні процеси і, ймовірно, дозволяє підповерхневому океану залишатися рідким. Першоджерело енергії для цього процесу — обертання Юпітера навколо власної осі. Його енергія перетворюється в енергію орбітального руху Іо через припливи, викликані цим супутником на Юпітері, а потім передається Європі та Ганімеду з допомогою орбітальних резонансів — їх періоди обертання відносяться як 1:2:4. Якщо б не взаємодія Європи з іншими супутниками, її орбіта з часом стала б коловою через дисипацію припливної енергії, і нагрівання надр припинилося б.

 

 

За розміром Європа трохи менша від Місяця. Маючи діаметр 3122 км, вона займає шосте місце за величиною серед супутників і п'ятнадцяте — серед усіх об'єктів Сонячної системи. Це найменший із галілеєвих супутників. Однак маса Європи більша, ніж у всіх відомих супутників у Сонячній системі, що поступаються їй за розмірами, разом узятих. Її середня густина — 3,013 г/см³ — вказує на те, що вона складається переважно з силікатних порід і, таким чином, схожа за складом на планети земної групи.

Походження та еволюція

Ймовірно, Європа (як і інші галілеєві супутники) сформувалася з газопилового диска, що оточував Юпітер. Цим пояснюється те, що орбіти цих супутників близькі до колових і радіуси орбіт регулярно збільшуються. Цей диск міг сформуватися навколо прото-Юпітера шляхом виведення частини газу, що складав початкову масу прото-Юпітера, в процесі гідродинамічного колапсу. Внутрішня частина диска була тепліша від зовнішньої, і тому внутрішні супутники містять менше води та інших летких речовин. Якщо газовий диск був достатньо гарячим, то тверді частинки з перенасиченої пари при досягненні розмірів близько 1 см могли доволі швидко осідати в середній площині диска. Потім, завдяки механізму гравітаційної нестійкості Голдрайха — Уорда, з тонкого шару сконденсованої твердої речовини в газовому диску починають утворюватися тіла розмірами в декілька кілометрів. Ймовірно, через ситуацію, подібну до картини формування планет в Сонячній туманності, формування супутників Юпітера відбулося порівняно швидко.

Оскільки Європа містить менше льоду, ніж інші великі супутники Юпітера (крім Іо), то вона була сформована в епоху, коли завершилася конденсація льоду в речовину супутників. Розглянемо дві крайні моделі завершення конденсації льоду. У першій моделі (аналогічній до моделі Поллака та Рейнольдса) вважається, що температура нещодавно утвореної частинки визначається балансом між енергією, яка поглинається нею від Сонця, та енергією, яка випромінюється нею в простір, і не враховується прозорість диска в ближній інфрачервоній області. У другій моделі вважається, що температура визначається конвективним переносом енергії в межах диска, а також враховується, що диск непрозорий. Відповідно до першої моделі, конденсація льоду завершилась близько 1—2 млн років після формування Юпітера, а для другої моделі цей період становив 0,1—0,3 млн років (до уваги береться температура конденсації близько 240 К).

На початкових етапах історії Європи її температура могла перевищувати 700 К, що могло призвести до інтенсивного виділення летких речовин, які гравітація Європи не могла утримати. Подібний процес відбувається на супутнику і зараз: водень, що утворюється при радіолізі льоду, покидає Європу, а кисень затримується, утворюючи тонку атмосферу. Наразі, в залежності від темпу виділення тепла в надрах, декілька десятків кілометрів кори можуть перебувати у розплавленому стані.

Внутрішня будова Європи

 

Європа більше схожа на планети земної групи, ніж інші «крижані супутники», і складається переважно із кам'янистих порід. Зовнішні шари супутника (товщиною ймовірно 100 км) складаються з води — частково у вигляді крижаної кори товщиною 10—30 км, а частково, мабуть, — у вигляді підповерхневого рідкого океану. Глибше залягають силікатні гірські породи, а в центрі, ймовірно, розташовується невелике металеве ядро. Головна ознака наявності океану — магнітне поле Європи, виявлене «Галілео». Воно завжди направлене проти юпітеріанського (хоча останнє на різних ділянках орбіти Європи орієнтоване по різному). Це означає, що його створюють електричні струми, індуковані в надрах Європи магнітним полем Юпітера. Отже, там є шар з дуже хорошою провідністю — швидше за все, океан солоної води. Інша ознака існування цього океану — дані про те, що кора Європи колись зсунулася на 80° відносно надр, що було б малоймовірним, якщо б вони тісно прилягали один до одного.

Поверхня

 

Поверхня Європи загалом рівна (одна з найрівніших у Сонячній системі), лише інколи простежуються певні утворення, схожі на пагорби, що мають висоту декілька сотень метрів. Високе альбедо супутника — близько 0,65 — свідчить про те, що лід досить чистий і, отже, «молодий», утворений порівняно недавно (вважається, що чим чистішим є лід на поверхні «крижаних супутників», тим він молодший). Кількість кратерів невелика — є лише 30 найменованих кратерів діаметром понад 5 км, що теж свідчить про відносну молодість поверхні. За оцінками її вік становить від 20 до 180 млн років, і, отже, Європа геологічно ще досить активна. В той же час порівняння світлин поверхні зроблених «Вояджером» і «Галілео» не виявило помітних змін за 20 років. Наразі серед науковців ще немає повного консенсусу щодо того, як утворилися деталі, спостережувані на поверхні Європи.

Характер поверхні Європи на дрібних масштабах залишається невідомим, оскільки найбільш деталізований знімок поверхні Європи (зроблений апаратом «Галілео» з висоти 560 км 16 грудня 1997 року) має роздільність лише 6 м на піксель. Ще 15 зображень мають роздільність 9–12 м на піксель. Знімок однієї з найцікавіших з наукової точки зору областей Європи — плями Тера (лат. Thera Macula) — має роздільність 220 м на піксель. Деталізованіші знімки будуть отримані не раніше грудня 2030 року, коли апарат JUICE здійснить два обльоти навколо Європи на висоті 400—500 км.

Температура поверхні змінюється від -150 °С до -190 °С. На поверхні супутника дуже висока радіація, оскільки орбіта Європи проходить через потужний радіаційний пояс Юпітера. Денна доза становить близько 540 бер (5,4 Зв) — майже у мільйон разів більше, ніж на Землі. Такої дози достатньо, щоб викликати променеву хворобу в людей.

Вся поверхня Європи вкрита лініями, що перетинаються — це розломи та тріщини у поверхневому льодовику. Деякі розломи майже повністю охоплюють планету. Система тріщин в декількох місцях нагадує тріщини на льодовому панцирі поблизу північного полюсу Землі.

Нерідко на поверхні спостерігаються подвійні і навіть потрійні льодові хребти. Є смуги з темними краями, що пояснюється специфічним явищем кріовулканізму (виверження води з-під льоду в центрі тріщин). Явищами кріовулканізму пояснюють також і наявність темних плям — малих і великих (як ділянок виверження на поверхню глибинного льоду і, можливо, води).

Рельєф деяких ділянок поверхні дає підстави вважати, що раніше океан планети не був суцільно замерзлим, у воді плавали айсберги та льодовики, які пізніше, в процесі похолодання, вмерзли у сучасну суцільно-льодову поверхню.

Хвилясті ділянки імовірно свідчать на користь припущення про стискання льодового панцира.

 

 

 

 

 

Кратер Пуйл, у центрі якого є гірка, може бути виходом м'якого льоду або води через отвір, пробитий метеоритом.

Ландшафти Європи поділяються на такі основні типи:

• Рівнини.
• Хаотичні ділянки (хаоси).
• Ділянки ліній і смуг.
• Хребти.
• Кратери.

Лінії

Поверхня Європи покрита великою кількістю ліній, що перетинаються між собою. Це розломи та тріщини в її крижаному панцирі. Деякі з них оперізують Європу майже повністю. Система тріщин в ряді місць нагадує тріщини на крижаному панцирі Північного Льодовитого океану Землі.

Ймовірно, поверхня Європи зазнає поступових змін — зокрема, утворюються нові розломи. Вони іноді перевищують 20 км в ширину і часто мають темні розмиті краї, поздовжні борозни і центральні світлі смуги. При детальному розгляді видно, що краї деяких тріщин зміщені відносно один одного, а підповерхнева рідина, ймовірно, іноді підіймалася по тріщинах вгору.

За найбільш ймовірною гіпотезою, ці лінії — результат розтягу та розтріскування кори Європи, причому по розломах на поверхню виходив розігрітий лід знизу. Це явище нагадує спрединг в океанічних хребтах Землі. Вважається, що ці тріщини з'явилися під дією припливних сил Юпітера. Оскільки Європа перебуває в припливному захопленні, система тріщин повинна бути орієнтована відносно напрямку на планету певним і передбачуваним чином. Однак так направлені лише відносно молоді розломи. Інші орієнтовані інакше, і чим вони старші, тим більшою є ця відмінність. Це може пояснюватися тим, що поверхня Європи обертається швидше надр: крижана кора супутника, відділена від надр шаром рідкої води, прокручується відносно ядра під дією сил тяжіння Юпітера. Порівнюючи фотографії «Вояджера» і «Галілео», вчені зробили висновок, що повний оберт зовнішньої крижаної кори відносно надр супутника займає не менше 12 000 років.

Хребти

 

На Європі є протяжні здвоєні хребти; можливо, вони утворюються в результаті наростання льоду вздовж кромок тріщин, що відкриваються і закриваються.

Нерідко зустрічаються і потрійні хребти. Спочатку в результаті припливних деформацій у крижаному панцирі утворюється тріщина, краї якої розігрівають навколишній простір. В'язкий лід внутрішніх шарів розширює тріщину та підіймається вздовж неї до поверхні, згинаючи її краї в сторони і вгору. Вихід в'язкого льоду на поверхню утворює центральний хребет, а загнуті краї тріщини — бокові хребти. Ці процеси можуть супроводжуватися розігрівом, аж до плавлення локальних областей і можливих проявів кріовулканізму.

Lenticulae («веснянки»)

На поверхні були виявлені темні «веснянки» (лат. lenticulae) — випуклі та вгнуті утворення, які могли сформуватися в результаті процесів, аналогічних до лавових виливів (під дією внутрішніх сил «теплий», м'який лід рухається від нижньої частини поверхневої кори вгору, а холодний лід осідає, занурюючись вниз; це ще один із доказів наявності рідкого, теплого океану під поверхнею). Вершини таких утворень схожі на ділянки навколишніх рівнин. Це вказує на те, що «веснянки» сформувалися при локальному підніманні цих рівнин. Зустрічаються і більші темні плями неправильної форми, утворені ймовірно в результаті розплавлення поверхні під дією припливів океану або в результаті виходу в'язкого льоду на поверхню. Таким чином, за темними плямами можна робити висновок про хімічний склад внутрішнього океану і, можливо, прояснити в майбутньому питання про існування в ньому життя.

Одна із гіпотез каже, що «веснянки» були сформовані діапірами розігрітого льоду, що протикали холодний лід зовнішньої кори (аналогічно до магматичних вогнищ у земній корі). Нерівні нагромадження «веснянок» (названі хаосами, наприклад, Конемарський хаос) сформовані багатьма невеликими фрагментами кори, включеними у відносно темну матерію, і їх можна порівняти з айсбергами, вмороженими в замерзле море.

Згідно з альтернативною гіпотезою, «веснянки» є невеликими хаотичними районами, і видимі ями, плями та куполоподібні здуття — неіснуючі об'єкти, що з'явилися внаслідок неправильної інтерпретації ранніх зображень «Галілео» з низькою роздільною здатністю.

Інші геологічні структури

На поверхні супутника є протяжні широкі смуги, покриті рядами паралельних поздовжніх борозен. Центр смуг світлий, а краї темні та розмиті. Ймовірно, смуги утворилися в результаті серії кріовулканічних вивержень вздовж тріщин. При цьому темні краї смуг, можливо, сформувалися в результаті викиду на поверхню газу та уламків гірських порід. Є смуги й іншого типу, які, ймовірно, утворилися в результаті «розходження» двох поверхневих плит, із подальшим заповненням тріщини речовиною з надр супутника.

Рельєф деяких ділянок поверхні вказує на те, що тут лід колись був розплавлений, і у воді плавали крижини та айсберги. Видно, що крижини (вморожені наразі у крижану поверхню) раніше були одним цілим, але потім розійшлися і повернулися. Деякі ділянки з хвилястою поверхнею утворилися, мабуть, в результаті процесів стиснення крижаного панцира.

Примітна деталь рельєфу Європи — ударний кратер Пуйл, центральна гірка якого вища, ніж кільцевий вал. Це може свідчити про вихід в'язкого льоду або води через отвір, пробитий астероїдом.

Підповерхневий океан

Наведені вище характеристики поверхні Європи прямо чи опосередковано свідчать про існування рідкого океану під крижаною корою. Більшість вчених вважають, що він сформувався завдяки теплу, яке генерується припливами. Нагрівання внаслідок радіоактивного розпаду, яке є майже таким самим, як і на Землі (на кілограм породи), не може достатньо сильно розігріти надра Європи, тому що супутник набагато менший. Температура поверхні Європи становить в середньому близько 110 К (−160 °C) на екваторі та всього 50 К (−220 °C) на полюсах, що надає поверхневому льоду високу міцність. Першим натяком на існування підповерхневого океану стали результати теоретичного вивчення припливного розігрівання (внаслідок ексцентриситету орбіти Європи та орбітального резонансу з іншими галілеєвими супутниками). Коли космічні апарати «Вояджер» і «Галілео» отримали знімки Європи (а другий ще й виміряв її магнітне поле), дослідники отримали нові ознаки наявності цього океану. Яскравим прикладом є «хаотичні області», які часто зустрічаються на поверхні Європи. Деякі вчені інтерпретують їх як місця, в яких підповерхневий океан колись розплавив крижану кірку. Однак ця інтерпретація є доволі суперечливою. Більшість планетологів, що вивчають Європу, надають перевагу моделі «товстого льоду», в якій океан рідко (якщо це взагалі ставалося) безпосередньо виходив на сучасну поверхню. Оцінки товщини крижаної оболонки варіюють від одиниць до десятків кілометрів.

Найкращим доказом моделі «товстого льоду» є вивчення великих кратерів Європи. Найбільші з них оточені концентричними кільцями та мають плоске дно. Ймовірно, лід, що його покриває, є відносно свіжим — він з'явився після удару, який пробив крижану кору. На основі цього та розрахункової кількості тепла, згенерованого припливами, можна розрахувати, що товщина кори з твердого льоду складає близько 10—30 км, включаючи піддатливий шар із «теплого льоду». Тоді глибина рідкого підповерхневого океану може досягати близько 100 км, а його об'єм — 3× 10¹⁸ м³, що вдвічі більше об'єму Світового океану Землі.

Модель «тонкого льоду» передбачає, що товщина крижаної оболонки Європи може становити всього кілька кілометрів. Однак більшість вчених дійшли до висновку, що ця модель розглядає лише верхні шари кори Європи, пружні та рухомі через дію припливів Юпітера, а не крижану кору в цілому. Одним із прикладів є аналіз на вигин, в якому кора супутника моделюється як площина чи сфера, обважнена і зігнута під впливом великого навантаження. У цій моделі вважається, що товщина зовнішньої пружної крижаної кірки може становити всього 200 м, а це означає постійні контакти підповерхневої рідини з поверхнею через відкриті борозни, що викликає формування хаотичних областей.

У вересні 2012 року група вчених із Карлового університету (Прага, Чехія) на Європейському планетологічному конгресі EPSC оголосила, що області з відносно тонким крижаним щитом — доволі рідкісне та короткочасне явище: вони заростають всього за десятки тисяч років.

Наприкінці 2008 року виникла гіпотеза, що головна причина нагрівання надр Європи, яке підтримує її океан рідким, — не витягнутість її орбіти, а нахил її осі. В результаті нього під дією припливів Юпітера виникають хвилі Россбі, які рухаються дуже повільно (по декілька кілометрів за день), але можуть нести значну кінетичну енергію. Нахил осі Європи малий і точно невідомий, але є підстави вважати, що він досягає 0,1°. У такому випадку енергія цих хвиль досягає 7,3× 10¹⁷ Дж, що у 2000 разів більше, ніж у основних припливних деформацій. Дисипація цієї енергії може бути основним джерелом тепла для океану Європи.

Космічний апарат «Галілео» виявив, що Європа має слабкий магнітний момент, який викликаний змінами зовнішнього магнітного поля (оскільки поле Юпітера в різних частинах орбіти супутника є різним). Індукція магнітного поля Європи на її магнітному екваторі — близько 120 нТл. Це у 6 разів менше, ніж у Ганімеда, і в 6 разів більше, ніж у Каллісто. Згідно з розрахунками, рідкий шар на цих супутниках починається глибше і має температуру суттєво нижчу від нуля (при цьому вода залишається в рідкому стані завдяки високому тиску). Існування змінного магнітного поля потребує шару високоелектропровідного матеріалу під поверхнею супутника, що є додатковим підтвердженням великого підповерхневого океану із солоної води в рідкому стані.

Спектральний аналіз темних ліній та плям на поверхні показав наявність солей, зокрема, сульфату магнію («англійської солі»). Червонуватий відтінок дозволяє припустити наявність також сполук заліза і сірки. Ймовірно, вони містяться в океані Європи та вивергаються на поверхню через ущелини, після чого застигають. Крім того, виявлені сліди перекису водню і сильних кислот (наприклад, існує можливість того, що на супутнику є гідрат сірчаної кислоти).

У березні 2013 року вчені з Каліфорнійського технологічного інституту висунули гіпотезу, згідно з якою підлідний океан Європи не ізольований від навколишнього середовища і обмінюється газами та мінералами з покладами льоду на поверхні, що вказує на відносно багатий хімічний склад вод супутника. Це також може означати, що в океані може накопичуватися енергія, а це серйозно збільшує шанси на зародження в ньому життя. До такого висновку вчені дійшли, вивчивши інфрачервоний спектр Європи (в інтервалі довжин хвиль 1,4—2,4 мкм) з допомогою спектроскопа OSIRIS гавайської обсерваторії Кека. Роздільність отриманих спектрограм приблизно у 40 разів вища, ніж у спектрограм, отриманих інфрачервоним спектрометром NIMS зонда «Галілео» наприкінці 1990-х років. Це відкриття означає, що контактні дослідження океану Європи можуть бути технологічно набагато спрощені — замість буріння крижаної кори вглиб на десятки кілометрів достатньо (як і у випадку з супутником Сатурна Енцеладом) просто взяти пробу з тієї частини поверхні, яка контактує з океаном. Орбітальний зонд Європейського космічного агентства JUICE, запланований до запуску в 2022 році, у грудні 2030 року здійснить два обльоти Європи, за які просканує поверхню супутника на глибину до 9 км і виконає спектральний аналіз вибраних ділянок поверхні.

Над південною полярною областю Європи зафіксовані ознаки викидів водяної пари. Ймовірно, це результат дії гейзерів, які б'ють із тріщин її крижаної кори. Згідно з розрахунками, пара вилітає з них зі швидкістю ~700 м/с на висоту до 200 км, після чого падає назад. Активність гейзерів максимальна при найбільшому віддаленні Європи від Юпітера. Відкриття зроблене за спостереженнями телескопа «Габбл», виконаними у грудні 2012 року. На знімках, зроблених в інший час, ознак гейзерів немає: мабуть, вони діють рідко. З яких глибин відбуваються викиди, невідомо; можливо, що вони не стосуються надр Європи і виникають від взаємного тертя пластів льоду. Крім Європи, подібні гейзери відомі на Енцеладі. Але, на відміну від гейзерів Енцелада, гейзери Європи викидають чисту водяну пару без домішки льоду і пилу. Зафіксована потужність гейзерів Європи досягала 5 т за секунду, що у 25 разів більше, ніж на Енцеладі.

Океани, виходячи з характеру магнітних полів, є також на Ганімеді та Каллісто, але рідкий шар води там, мабуть, знаходиться ще глибше, ніж в океані Європи, температура його нижча нуля, а рідка фаза води підтримується за рахунок великого тиску.

21 вересня 2023 року, NASA повідомило, що астрономи, які використовували дані телескопа Джеймса Вебба, виявили джерело саморобного вуглекислого газу у певному регіоні на крижаній поверхні Європи. Аналіз показав, що вуглець, швидше за все, походить з підповерхневого океану і не був занесений метеоритами або іншими зовнішніми джерелами. Крім того, він був відкладений у геологічно недавньому часовому масштабі. Дане відкриття має важливе значення для потенційної придатності для життя океану Європи.

Атмосфера

 

Спостереження з допомогою спектрографа високої роздільності Годдарда^[en], що входив до складу інструментів космічного телескопа «Габбл», 1995 року виявили, що розріджена атмосфера Європи складається переважно з молекулярного кисню (O₂), утвореного в результаті розкладу льоду на водень і кисень під дією сонячної радіації та іншого жорсткого випромінювання (легкий водень при такому малому тяжінні виходить у космос). Крім того, там виявлені лінії атомарного кисню та водню. Атмосферний тиск на поверхні Європи приблизно дорівнює 0,1 мкПа (але не більше одного мікропаскаля), або у 10¹² разів нижчий від земного. Спостереження ультрафіолетового спектрометра «Галілео» і телескопа «Габбл» показали, що інтегральна щільність атмосфери Європи становить всього 10¹⁸—10¹⁹ молекул на квадратний метр. 1997 року космічний апарат «Галілео» підтвердив наявність на Європі розрідженої іоносфери (верхній шар заряджених частинок в атмосфері), створений сонячною радіацією і зарядженими частинками з магнітосфери Юпітера. Атмосфера Європи дуже мінлива: її густина помітно змінюється в залежності від положення на місцевості та часу спостережень.

На відміну від кисню в атмосфері Землі, кисень Європи не біологічного походження. Атмосфера формується з допомогою радіолізу поверхневого льоду (розкладом його молекул під дією радіації). Сонячне ультрафіолетове випромінювання і заряджені частинки (іони та електрони) з магнітосфери Юпітера зіштовхуються з крижаною поверхнею Європи, розщеплюючи воду на її складові — кисень та водень. Вони частково адсорбуються поверхнею, а частково залишають її, утворюючи атмосферу. Молекулярний кисень — головний компонент атмосфери, оскільки у нього тривалий період життя. Після зіткнення з поверхнею його молекула не залишається на ній (як молекула води або перекису водню), а повертається назад в атмосферу. Молекулярний водень швидко залишає Європу, оскільки він достатньо легкий і при такому низькому тяжінні переходить у космос.

Спостереження показали, що частина молекулярного кисню, утвореного внаслідок радіолізу, все ж залишається на поверхні. Припускають, що цей кисень може потрапити в океан (завдяки геологічним явищам, що перемішують шари льоду, а також через тріщини) і там сприяти гіпотетичним біологічним процесам. Згідно з однією з оцінок, за 0,5 млрд років (передбачуваний максимальний вік поверхневого льоду Європи) концентрація кисню в цьому океані може досягнути значень, порівнянних з його концентрацією в океанських глибинах Землі. За іншими розрахунками, для цього достатньо всього кількох мільйонів років.

Молекулярний водень, звітрюваний з Європи, поряд із атомарним і молекулярним киснем формує тор (кільце) газу вздовж орбіти супутника. Ця «нейтральна хмара» була виявлена і космічним апаратом «Кассіні»^[ru], і космічним апаратом «Галілео». Концентрація частинок в ньому більша, ніж в аналогічній хмарі Іо. Моделювання показує, що практично кожен атом або молекула в газовому торі Європи зрештою іонізується і поповнює собою магнітосферну плазму Юпітера.

Крім того, спектроскопічними методами в атмосфері Європи виявлені атоми натрію та калію. Першого там у 25 разів більше, ніж другого (в атмосфері Іо — у 10 разів, а в атмосфері Ганімеда він не виявлений зовсім). Випромінювання натрію простежується до відстані у 20 радіусів Європи. Ймовірно, ці елементи беруться із хлоридів на крижаній поверхні супутника чи принесені туди метеоритами.

У 2023 році отримані дані космічного телескопа Джеймса Вебба NASA про наявність у атмосфері Європи вуглекислого газу

До 1970-х років людство вважало, що наявність життя на небесному тілі повністю залежить від сонячної енергії. Рослини на поверхні Землі отримують енергію із сонячного світла, вивільняючи кисень в процесі фотосинтезу органічних речовин з вуглекислого газу і води, а потім їх можуть з'їсти тварини, які дихають киснем, і передати свою енергію вгору по ланцюгу живлення. Вважалося, що життя в глибинах океану, яке значно нижче досяжності сонячних променів, залежить від живлення або органічним детритом, що падає з поверхні, або від поїдання тварин, які, в свою чергу, залежать від потоку поживних речовин, пов'язаних із сонячною енергією.

 

Однак 1977 року під час дослідницького занурення до Галапагоського рифту в глибоководному апараті «Алвін» вчені виявили колонії рифтій, молюсків, ракоподібних та інших істот, що жили навколо підводних вулканічних гідротермальних джерел. Ці джерела називаються «чорними курцями» і розташовані вздовж осі серединно-океанічних хребтів. Живі істоти процвітають тут, незважаючи на відсутність доступу до сонячного світла, і невдовзі було виявлено, що вони утворюють доволі ізольований ланцюг живлення (однак потребують кисню, що надходить ззовні). Замість рослин основою для цього ланцюга живлення є бактерії-хемосинтетики, які отримують енергію від окиснення водню чи сірководню, що виходять із надр Землі. Такі екосистеми показали, що життя може лише слабко залежати від Сонця, і це стало важливим для біології відкриттям.

Крім того, це відкрило нові перспективи для астробіології, збільшивши кількість відомих місць, що підходять для позаземного життя. Оскільки вода в рідкому стані підтримується за рахунок припливного розігрівання (а не сонячного світла), то відповідні умови можуть створюватися поза «класичною» придатною для життя зоною і навіть далеко від зір.

У наш час Європа розглядається як одне з головних місць у Сонячній системі, де можливе існування позаземного життя. Життя може існувати у підповерхневому океані, в навколишньому середовищі, ймовірно, схожому на земні глибоководні гідротермальні джерела чи антарктичне озеро Восток. Можливо, це життя подібне до мікробного життя в океанських глибинах Землі. Наразі не виявлено ніяких ознак існування життя на Європі, але ймовірна наявність рідкої води спонукає відправляти туди для детальнішого вивчення дослідницькі експедиції.

Рифтії та інші багатоклітинні еукаріотичні організми навколо гідротермальних джерел дихають киснем і, таким чином, опосередковано залежать від фотосинтезу. Але анаеробні хемосинтезуючі бактерії та археї, які населяють ці екосистеми, демонструють можливу модель життя в океані Європи. Енергія, що виробляється припливними деформаціями, стимулює активні геологічні процеси в надрах супутника. Крім того, Європу (як і Землю) нагріває радіоактивний розпад, але він дає на декілька порядків менше тепла. Однак ці джерела енергії не можуть підтримувати таку велику та різноманітну екосистему, як земна (яка базується на фотосинтезі). Життя на Європі може існувати або поблизу гідротермальних джерел на дні океану, або під дном (де на Землі мешкають ендоліти). Крім цього, живі організми можуть існувати, прикріплюючись зсередини до крижаного панцира супутника, подібно до морських водоростей та бактерій у полярних областях Землі, або вільно плаваючи в океані Європи.

Однак якщо океан Європи занадто холодний, там не можуть протікати біологічні процеси, подібні до земних. Якщо він занадто солоний, то там можуть вижити лише галофіли. 2009 року професор університету Аризони Річард Грінберг порахував, що кількість кисню в океані Європи може бути достатньою для підтримання розвинутого життя. Кисень, що виникає при розкладі льоду космічними променями, може проникати в океан при перемішування шарів льоду геологічними процесами, а також через тріщини в корі супутника. За оцінками Грінберга, з допомогою цього процесу океан Європи міг досягнути більшої концентрації кисню, ніж в океанах Землі, протягом кількох мільйонів років. Це дозволило б Європі підтримувати не лише мікроскопічне анаеробне життя, але й великі аеробні організми, такі як риби. При найобережніших оцінках, на думку Грінберга, за півмільйона років рівень кисню в океані може досягти концентрації, достатньої для існування ракоподібних на Землі, а через 12 млн років — достатньої для великих форм життя. Враховуючи низькі температури на Європі та високий тиск, Грінберг припустив, що океан супутника наситився киснем набагато раніше, ніж земний. Також мікроорганізми, на думку Грінберга, могли потрапити на поверхню супутника Юпітера разом із метеоритами.

2006 року Роберт Т. Паппалардо, старший викладач Лабораторії атмосфери та космічної фізики (LASP) Колорадського університету в Боулдері, сказав:

Ми витратили немало часу та зусиль, намагаючись зрозуміти, чи був Марс колись населений. Можливо, сьогодні Європа має найпридатніше для життя довкілля. Ми повинні підтвердити це…, але у Європи, мабуть, є всі компоненти для життя… і не лише чотири мільярди років тому…, але і сьогодні.

Оригінальний текст (англ.)

We’ve spent quite a bit of time and effort trying to understand if Mars was once a habitable environment. Europa today, probably, is a habitable environment. We need to confirm this … but Europa, potentially, has all the ingredients for life … and not just four billion years ago … but today.

—

В той же час деякі вчені вважають, що океан Європи є доволі «їдкою рідиною», несприятливою для розвитку життя.

У лютневому номері журналу «Astrobiology» за 2012 рік була опублікована стаття, в якій наводилася гіпотеза про неможливість існування вуглецевого життя в океані Європи. Метью Пасек із співробітниками з Південно-Флоридського університету на основі аналізу даних про склад поверхневого шару Європи і швидкості дифузії кисню в підлідний океан зробив висновок, що в ньому занадто велика концентрація сірчаної кислоти і океан непридатний для життя. Сірчана кислота в океані Європи утворюється в результаті окиснення киснем сірковмісних мінералів надр супутника, перш за все сульфідів металів. Згідно з розрахунками авторів статті, показник кислотності pH води підлідного океану становить 2,6 одиниці — це приблизно дорівнює показнику pH в сухому червоному вині. Вуглецеве життя^[en] в таких середовищах, на думку астробіологів, є вкрай малоймовірним. Однак, згідно з висновками вчених із Каліфорнійського технологічного інституту, опублікованими в березні 2013 року, океан Європи багатий не сіркою і сульфатами, а хлором і хлоридами (зокрема, хлоридами натрію та калію), що робить його схожим на земні океани. Ці висновки були зроблені на основі даних, отриманих спектрометром OSIRIS гавайської обсерваторії Кека, роздільна здатність якого набагато вища, ніж у спектрометра NIMS апарата «Галілео» (за даними якого неможливо було відрізнити солі від сірчаної кислоти). Сполуки сірки були виявлені переважно на веденій півкулі Європи (яка бомбардується частинками, викинутими вулканами Іо). Таким чином, виявлена на Європі сірка потрапляє туди ззовні, і це робить малоймовірною попередню гіпотезу про те, що в океані занадто велика концентрація сірчаної кислоти, а тому він непридатний для життя.

На початку квітня 2013 року вчені Каліфорнійського технологічного інституту повідомили, що на Європі знайдені великі запаси перекису водню — потенційного джерела енергії для бактерій-екстремофілів, які теоретично можуть мешкати в підлідному океані супутника. Згідно з результатами досліджень, виконаних з допомогою телескопа Keck II гавайської обсерваторії імені Кека, на ведучій півкулі Європи концентрація перекису водню досягала 0,12 % (у 20 разів менше, ніж в аптечному перекису). Однак на протилежній півкулі перекису майже немає. Вчені вважають, що речовини-окиснювачі (в тому числі перекис водню) можуть відігравати важливу роль у забезпеченні енергією живих організмів. На Землі доступність таких речовин сприяла появі складного багатоклітинного життя.

 

 

Перші знімки Європи з космосу зроблені станціями «Піонер-10» і «Піонер-11», які пролітали біля Юпітера у 1973 і 1974 роках відповідно. Якість цих знімків була краща від тієї, що була доступна телескопам того часу, але все ж вони були нечіткими у порівнянні з зображеннями пізніших місій.

У березні 1979 р. Європу з прольотної траєкторії вивчав «Вояджер-1» (максимальне наближення — 732 тис. км), а в липні — «Вояджер-2» (190 тис. км). Космічні апарати передали якісні знімки супутника та виконали ряд вимірювань. Саме завдяки цим матеріалам і було висунуто гіпотезу щодо існування рідкого океану Європи.

2 червня 1994 року група дослідників із університету Джонса Гопкінса та Інституту досліджень космосу з допомогою космічного телескопа під керівництвом Дойла Халла виявила в атмосфері Європи молекулярний кисень. Це відкриття було зроблене з допомогою космічного телескопа «Габбл» з використанням спектрографа високої роздільності Годдарда^[en].

У 1999—2000 роках галілеєві супутники спостерігала космічна обсерваторія «Чандра», в результаті чого було виявлено рентгенівське випромінювання Європи та Іо. Ймовірно, воно з'являється при зіткненні з їх поверхнею швидких іонів із магнітосфери Юпітера.

З грудня 1995 по вересень 2003 р. систему Юпітера вивчав «Галілео». Із 35 витків апарата навколо Юпітера 12 були присвячені вивченню Європи (максимальне зближення — 201 км). «Галілео» обстежив супутник Юпітера досить детально і його дані підтверджують наявність рідкої частини океану планети. 2003 року «Галілео» був навмисно знищений в атмосфері Юпітера, щоб у майбутньому некерований апарат не впав на Європу і не заніс на супутник земні мікроорганізми.

Космічний апарат «Нові обрії» 2007 року, пролітаючи біля Юпітера на шляху до Плутона, зробив нові знімки поверхні Європи.

Апарат «Юнона», запущений 5  серпня 2011 року NASA, не буде вивчати Європу, оскільки головна мета його місії — полярні області Юпітера. В той же час, існує ймовірність 2017 року, під час максимальних зближень Європи з Юноною, отримати дані про викиди водної речовини з-під крижаної кори Європи, які вперше були виявлені телескопом Габбла 2013 року.

Заплановані місії

В останні роки розроблено ряд перспективних проєктів вивчення Європи з допомогою космічних апаратів. Цілі цих місій були різноманітні — від дослідження хімічного складу Європи до пошуку життя в її підповерхневому океані. Кожна місія до Європи повинна бути розрахована на роботу в умовах сильної радіації (близько 540 бер випромінювання за день або 2000 Зв/рік — майже у мільйон разів більше природного фону на Землі). За добу роботи в області орбіти Європи апарат, що має алюмінієвий захист товщиною 1 мм, отримає дозу радіації приблизно 100 тис. рад, 4 мм — 30 тис. рад, 8 мм — 15 тис. рад, 2 см — 3,5 тис. рад (для порівняння — в області орбіти Ганімеда дози у 50—100 разів нижчі).

 

Одна з пропозицій, висунутих 2001 року, опирається на створення великого атомного зонда («кріобота»), який би плавив поверхневий лід, доки б не досягнув підповерхневого океану. Після досягнення ним води був би розгорнутий автономний підводний апарат, який би зібрав необхідні зразки та надіслав би їх назад на Землю. І «кріобот», і «гідробот» повинні були б піддатися надзвичайно ретельній стерилізації для уникнення виявлення земних організмів замість організмів Європи та перешкоджання забруднення підповерхневого океану. Ця запропонована місія ще не досягла серйозного етапу планування.

7 січня 2008 р. речник Росії (директор інституту космічних досліджень Л. М. Зелений) заявив, що РФ має свої плани по вивченню Європи. Проєкт передбачає два супутники до Європи і спускний апарат, який здійснить посадку на поверхні супутника Юпітера. Проєкт названий «Лаплас»^[en], і буде включений у програму Європейського космічного агентства на період з 2015 по 2025 р.

Європейське космічне агентство і Роскосмос після виходу США та Японії з програми «Europa Jupiter System Mission» самостійно доробляли проєкти «Jupiter Ganymede Orbiter» і «Jupiter Europa Lander». Наступником проєкту «Jupiter Ganymede Orbiter» стала місія «Jupiter Icy Moon Explorer» (JUICE), схвалена ЄКА 2 травня 2012 року і призначена до запуску 2022 року з прибуттям у систему Юпітера 2030 року.

2012 року Роскосмос переорієнтував місію «Jupiter Europa Lander» з Європи на Ганімед. Нова назва місії — «Лаплас — П»^[en], старт назначено на 2023 рік, прибуття в систему Юпітера — на 2029 рік. Станом на березень 2013 року обговорюється інтеграція місій JUICE і «Лаплас — П». 2016 року з бюджету NASA буде виділено 30 млн доларів на розробку власного проєкту Europa Clipper. Всього на програму протягом п'яти років з 2016 року NASA планує виділити 255 млн доларів. Цю обставину можна вважати офіційним стартом підготовки NASA до місії на Європу.

Запланований до запуску 2018 року телескоп «Джеймс Вебб» виконає інфрачервоне дослідження складу викидів гейзерів Європи з метою підтвердження їх водної природи.

Скасовані місії

[[Файл:JIMO Europa Lander MissionUK.jpg|thumb|right|300px|Концепція місії NASA [Архівовано 8 жовтня 2011 у Wayback Machine.] 2005 року «Europa Lander Mission»]] Заплановані місії для вивчення Європи (пошуку рідкої води і життя) часто закінчуються скасуванням чи скороченнями бюджету.

Один із амбіційних планів дослідження Європи них — проєкт Jupiter Icy Moons Orbiter в рамках програми «Прометей»^[en] по розробці космічного апарата з ядерною енергоустановкою та іонним двигуном. Цей план скасовано 2005 року через брак коштів. Проєкт NASA Europa Orbiter^[en], який передбачав виведення на орбіту Європи супутника для детального вивчення цієї планети, скасований 2002 року. Апарат, включений у цю місію, мав спеціальний радар, який дозволив би заглянути під поверхню супутника.

«Jovian Europa Orbiter»^[en] входив до концепції «космічного бачення» (англ. «Cosmic Vision») ЄКА з 2007 року. Іншим запропонованим варіантом був «Ice Clipper», подібний до місії «Deep Impact». Він повинен був доставити до Європи імпактор, який вріжеться в неї та створить шлейф уламків порід. Вони згодом були б зібрані малим космічним апаратом, що пролітав би крізь цей шлейф.

Більш амбіційні ідеї включали в себе молоткові дробарки у поєднанні з тепловими свердликами для пошуку живих організмів, які могли б бути заморожені неглибоко під поверхнею.

Спільна (NASA, ESA, JAXA, Роскосмос) космічна програма «Europa Jupiter System Mission» (EJSM), схвалена у лютому 2009 року і запланована на 2020 рік, повинна була складатися з чотирьох апаратів: «Jupiter Europa Orbiter» (NASA), «Jupiter Ganymede Orbiter» (ESA), «Jupiter Magnetospheric Orbiter» (JAXA) і «Jupiter Europa Lander». Однак 2011 року програма була скасована у зв'язку з виходом США та Японії з проєкту з фінансових міркувань. Після цього кожна сторона-учасник, за винятком Японії, самостійно розвивала свої проєкти.

• Список супутників
• Галілеєві супутники
• Колонізація Європи
• Крижана шкаралупа

• Ротери Д. Планеты. — М. : Фаир-пресс, 2005. — ISBN 5-8183-0866-9. (рос.)
• Спутники Юпитера. В 3-х томах / Под ред. Д. Моррисона. — М. : Мир, 1986. — 792 с. (рос.)

• Europa, a Continuing Story of Discovery at NASA/JPL [Архівовано 1 січня 2007 у Wayback Machine.]
• Europa Profile by NASA's Solar System Exploration
• The Calendars of Jupiter
• Are our nearest living neighbours on one of Jupiter's Moons?