В 2021 году российские ученые обнаружили на Марсе огромные запасы воды, площадь которых сравнима с Ладожским озером, однако они существуют в виде льда. В целом, поиск на Марсе жидкой воды – одна из ключевых задач исследователей этой планеты, поскольку именно с водой обычно связывают пригодность планеты к жизни. Сейчас ученые пришли к выводу, что на поверхности Марса могут течь лишь небольшие соленые, быстро пересыхающие ручейки, а озера стоит искать под поверхностью.
Между тем, в Солнечной системе есть тела, на которых бьют гейзеры и существуют целые моря, а находятся они дальше от Солнца, чем Марс – за поясом астероидов. О существовании некоторых из этих морей известно совершенно точно, и у ученых есть даже приблизительные данные об условиях в них.
Разные способы согреться
На первый взгляд, это кажется странным: если даже на Марсе слишком холодно для рек, то почему неземные моря находятся еще дальше от Солнца? Дело в том, что солнечный свет – не единственный возможный источник тепла для планеты или спутника. Если в ядре небесного тела присутствует большое число радиоактивных изотопов, то они обеспечат интенсивный тепловой поток от центра к поверхности. Это происходит и на Земле, где сквозь ее поверхность проходит поток мощностью 47 тераватт, а 70 процентов теплопотерь ядра восстанавливаются за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40.
Помимо радиогенного разогрева, источником тепла могут быть приливные силы. Гравитация убывает пропорционально квадрату расстояния от тела, и потому воздействует с разной силой на ближнюю и дальнюю сторону спутников, отчего те вытягиваются под действием приливных сил. Если спутник вращается не по круговой, а по эллиптической орбите в приливном захвате, то по мере движения по ней приливные силы постоянно меняются, что вызывает деформацию тела. При деформации возникает трение, которое и производит тепло.
Наконец, моря могут состоять не только из воды. Метан и этан остаются жидкими вплоть до -182 градусов, аммиак – до -77. На горячих мирах напротив, океан из серной кислоты может сохраниться при температуре выше 300 градусов, но примеры таких планет астрономам пока неизвестны.
Где можно поплавать
Самый известный внеземной океан находится на Европе, спутнике Юпитера. По размеру Европа почти как Луна, но в полтора раза легче ее. Поверхность этого спутника состоит изо льда, а океан жидкой воды находится под ним. Это происходит как раз потому, что и радиогенный, и приливный разогрев действуют на тело изнутри, причем в случае Европы второй значительно превосходит первый. Стоит отметить, что приливный разогрев Европы возможен только благодаря Ио и Ганимеду — другим спутникам Юпитера. Европа находится с ними в орбитальном резонансе, то есть делает один оборот за два оборота Ио и один – Ганимеда. Без этого расход энергии на приливные силы постепенно бы округлил орбиту, и деформации Европы прекратились.
Внутренний океан Европы может достигать глубины 100 километров и в два-три раза превосходит по объему Мировой океан Земли.
Если слой льда сравнить с земной корой, то вода под ним будет аналогом земной магмы. Эта ледяная кора плавает на воде, периодически образуя трещины и разломы, которые хорошо видны с орбиты, а за 12 тысяч лет лед делает полный оборот вокруг недр Европы. Под океаном же находится мантия из горных пород, а в самом центре – металлическое ядро.
Ученые спорят о толщине ледяной коры Европы: согласно разным моделям, она может быть от 30 километров до нескольких тысяч метров. Однако для изучения воды совсем не обязательно бурить поверхность – с помощью телескопа Hubble астрономы выяснили, что из Европы бьют гейзеры высотой сотни километров. Правда, пока неясно, бьют они непосредственно из океана или из изолированных полыней. Более подробно это удастся выяснить с помощью аппарата NASA Europa Clipper, запуск которого ожидается в 2024 году.
Крупные гейзеры бьют и из Энцелада — спутника другой планеты-гиганта Сатурна. Они также достигают сотни километров в высоту, и их хорошо видно на снимках аппарата Cassini.
По строению Энцелад напоминает Европу: тоже состоит из ледяной коры, слоя жидкой воды и каменного ядра, правда, радиус этого спутника составляет всего 250 километров. Зато толщина льда Энцелада в районе южного полюса равна всего двум километрам, а на дне океана глубиной более 30 километров бьют горячие источники. Кроме того, согласно исследованию 2021 года, глобальные течения этого океана должны переносить тепло из глубин к поверхности, а от полюсов – к экватору.
Именно подтвержденная гидротермальная активность делает Энцелад таким интересным для экзобиологов. В струях его гейзеров ученые обнаружили значительные количества водорода и метана, которые должны были образоваться в горячих источниках.
Подобные гидротермальные реакции схожи с теми, что шли в древних океанах Земли и которые стали источником энергии для первых организмов.
В гейзерах также обнаружили и крупные органические молекулы, в частности, фрагменты бензола. Впрочем, аппаратура Cassini не предназначена для поиска жизни и не может передать астробиологам информацию, достаточную для уверенных выводов.
Низкая гравитация Энцелада, которая в 80 раз слабее земной, потенциально упростит погружение в его океан исследовательских аппаратов, поскольку давление на его дне эквивалентно давлению на глубине 500 метров в земных морях. Правда, пока ученые лишь обсуждают концепции подобных миссий.
Где нельзя поплавать
Совсем другие моря находятся на Титане — другом спутнике Сатурна. Титан достигает 5 тысяч километров в поперечнике и обладает плотной непрозрачной атмосферой из азота, чье давление у поверхности равно 1,5 атмосфер. В отличие от Европы и Энцелада, жидкие водоемы Титана находятся прямо на поверхности, но состоят из этана, метана и пропана. Поскольку на этом спутнике очень холодно (примерно -180°), то жидкой воды на его поверхности быть не может несмотря на подходящее атмосферное давление.
Поверхности Титана не видно с орбиты в оптическом диапазоне, но на радарных снимках заметны узнаваемые для жителей Земли береговые линии.
Море Кракена, крупнейший резервуар жидкости на этом спутнике, достигает в длину 1000 километров и превосходит по площади Каспийское море.
Помимо морей, на Титане также есть каналы с текущими жидкими углеводородами длиной сотни километров. Ученые NASA считают, что как и в земных реках, там могут образовываться пороги, «водовороты» и «водопады». Однако искупаться в морях и каналах Титана не получится, как минимум без специального костюма. В жидком этане человек обладает отрицательной плавучестью, а температура около -170° приведет к мгновенной смерти.
В 2005 году зонд Huygens совершил посадку на Титан и увидел округлую «гальку» на грунте, напоминающем влажный песок. Поверхность выглядела так, будто в течение длительного времени подвергалась воздействию жидкости, но самой жидкости не было видно. Вероятно, в районе посадки, на экваторе, водоемы могут существовать только после редких метановых дождей.
В 2027 году NASA планирует запустить на Титан аппарат Dragonfly, мультикоптер с восемью винтами и питанием от радиоизотопного источника энергии. Однако существуют и другие идеи по исследованию этого спутника – с помощью автономных лодок или даже «авианосцев», несущих рой мелких дронов.
Потенциально жидкие океаны также могут существовать внутри Ганимеда, Тритона – спутника Нептуна, а также Плутона и Харона, но информацию о них нельзя сравнить с данными о Европе, Энцеладе и Титане с точки зрения полноты и достоверности.
Есть ли там жизнь?
Основным источником энергии для жизни на Земле является Солнце. Растения, бактерии и археи с помощью фотосинтеза преобразуют свет в энергию химических связей, которую затем потребляют другие организмы. Поскольку в случае Европы и Титана вода находится под толстой коркой льда, фотосинтез в ней идти не может.
Однако помимо фотосинтеза есть и другой источник энергии – хемосинтез. Некоторые хемосинтезирующие бактерии живут в океане на огромных глубинах, куда не проникает свет, но где из земной коры выделяется сероводород. Большие популяции живых существ могут поддерживаться за счет хемосинтезирующих бактерий и архей в белых и черных курильщиках, метановых клатратах и изолированных подземных водных пещерах. Согласно данным глубоководного бурения, богатая микробная жизнь существует на глубинах около 1600 метров под уровнем дна, где при температуре выше 60 градусов обитают разнообразные термофильные архебактерии. Более того, именно хемосинтез, скорее всего, был первым источником энергии для земной жизни, а фотосинтезу организмы научились в процессе эволюции.
Что касается жизни в этаново-метановых морях Титана, у ученых нет об этом никаких данных. Астробиологи обсуждают возможность существования альтернативной биохимии, где роль растворителя вместо воды играли бы жидкие углеводороды, но никаких подтверждений подобных гипотез на данный момент нет.