Европа светится: излучение делает ярче спутник Юпитера

Новое исследование, проведенное учеными из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, впервые подробно описывает, как будет выглядеть свечение и что оно может раскрыть о составе льда на поверхности Европы. Различные солевые соединения по-разному реагируют на излучение и создают свой неповторимый блеск. Невооруженным глазом это свечение будет иногда слегка зеленым, иногда слегка голубым или белым и с разной степенью яркости, в зависимости от материала.

Ученые используют спектрометр, чтобы разделить свет на волны и связать отдельные «сигнатуры» или спектры с разными составами льда. Большинство наблюдений с использованием спектрометра на такой луне, как Европа, производятся с использованием отраженного солнечного света на дневной стороне луны, но новые результаты показывают, как Европа будет выглядеть в темноте.

«Мы смогли предсказать, что ночное сияние льда может предоставить дополнительную информацию о составе поверхности Европы. То, как этот состав меняется, может дать ключ к пониманию, есть ли на Европе условия, подходящие для жизни», - сказал Мурти Гудипати из JPL, ведущий автор работы, опубликованной в Nature Astronomy.

Это потому, что на Европе находится огромный внутренний океан, который может просачиваться на поверхность через толстую ледяную корку луны. Анализируя поверхность, ученые могут больше узнать о том, что находится под ней.

На основании предыдущих наблюдений ученые пришли к выводу, что поверхность Европы может состоять из смеси льда и общеизвестных на Земле солей, таких как сульфат магния (английская соль) и хлорид натрия (поваренная соль). Новое исследование показывает, что включение этих солей в водяной лед в европейских условиях и облучение его излучением дает свечение.

Легко представить светящуюся облученную поверхность. Ученые знают, что блеск вызван энергичными электронами, проникающими через поверхность и возбуждающими молекулы под ней. Когда эти молекулы расслабляются, они выделяют энергию в виде видимого света.

«Но мы никогда не думали, что увидим то, что в итоге увидим», - сказала Брайана Хендерсон из JPL, соавтор исследования. «Когда мы пробовали новую ледяную композицию, свечение выглядело иначе. И мы все просто смотрели на него некоторое время, а потом сказали: «Оно новое, верно? Это определенно другое свечение?» Поэтому мы направили на него спектрометр, и у каждого типа льда был свой спектр».

Чтобы изучить лабораторный макет поверхности Европы, команда JPL построила уникальный инструмент под названием ICE-HEART (Ice Chamber for Europa's High-Energy Electron and Radiation Environment Testing). Они доставили ICE-HEART на установку для получения высокоэнергетических электронных пучков в Гейтерсбурге, Мэриленд, и начали эксперименты, имея в виду совершенно другое исследование: посмотреть, как органический материал под льдом Европы будет реагировать на поток излучения.

«Наблюдение за рассолом хлорида натрия со значительно более низким уровнем свечения было моментом «ага», который изменил ход исследования», - сказал Фред Бейтман. Он помог провести эксперимент и доставил пучки излучения на образцы льда в Медицинском промышленном радиационном центре Национального института стандартов и технологий в Мэриленде.

Луна, которая видна в темном небе, может показаться нетипичной; мы видим нашу собственную Луну, потому что она отражает солнечный свет. Но свечение Европы вызвано совершенно другим механизмом, говорят ученые. Представьте луну, которая непрерывно светится даже своей ночной стороной, обращенной от Солнца.

«Если бы Европа не находилась под этим излучением, она выглядела бы так, как наша луна выглядит для нас - темной на затененной стороне», - сказал Гудипати. «Но поскольку её бомбардирует излучение Юпитера, она светится в темноте».

Планируемая к запуску в середине 2020-х годов, предстоящая флагманская миссия НАСА Europa Clipper будет наблюдать поверхность луны во время нескольких облетов по орбите Юпитера. Ученые миссии изучают выводы авторов, чтобы оценить, можно ли обнаружить свечение с помощью научных инструментов космического корабля. Возможно, что информация, собранная космическим кораблем, может быть сопоставлена с измерениями в новом исследовании, чтобы идентифицировать соленые компоненты на поверхности Луны или сузить то, чем они могут быть.

Такие миссии, как Europa Clipper, вносят свой вклад в область астробиологии, междисциплинарные исследования переменных и условий далеких миров, в которых может быть жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Хотя Europa Clipper не является миссией по обнаружению жизни, она проведет детальную разведку Европы и выяснит, может ли ледяная луна с ее подводным океаном поддерживать жизнь. Понимание пригодности Европы для жизни поможет ученым лучше понять, как развивалась жизнь на Земле, и потенциал для поиска жизни за пределами нашей планеты.