THE SPACEWAY

Энцелад, ледяной спутник Сатурна, может таить в себе ответ на один из главных вопросов человечества — есть ли жизнь за пределами Земли? Благодаря данным, полученным космическим аппаратом NASA "Кассини" во время его миссии по изучению системы Сатурна, у ученых появились веские основания полагать, что этот небольшой мир может быть обитаем.

Таинственный и манящий Энцелад

Главным свидетельством потенциальной обитаемости стали гейзеры, обнаруженные "Кассини" на южном полюсе Энцелада. Эти гейзеры выбрасывают в космос струи водяного пара и ледяных частиц, формируя шлейфы, которые тянутся на сотни километров от поверхности спутника. Зонд несколько раз пролетел сквозь эти шлейфы и проанализировал их состав, передав на Землю данные, которые поведали следующее:

• Вода в гейзерах соленая, а ее источником является подповерхностный океан жидкой воды;

• В составе выбросов были обнаружены такие вещества, как метан, аммиак, двуокись углерода и органические соединения. Это очень напоминает состав выбросов гидротермальных источников на дне земных океанов, где, как известно, кипит микробная жизнь;

• Кроме того, в шлейфах были обнаружены фосфаты натрия, необходимые для образования ДНК и РНК, что является критическим компонентом для возникновения жизни. Это первый случай обнаружения соединений фосфора за пределами Земли в среде, потенциально пригодной для жизни.

Более того, дальнейший анализ данных "Кассини" показал, что концентрация метана и некоторых других органических соединений под поверхностью Энцелада аномально высока, что трудно объяснить одними лишь абиотическими процессами. Все это наталкивает на предположение, что в подповерхностном океане сатурнианского спутника могут обитать какие-то примитивные микроорганизмы.

Конечно, из-за крошечных размеров Энцелада (его диаметр чуть больше 500 километров), ограниченного количества доступной энергии и питательных веществ, жизнь там вряд ли может быть сложнее микробной. Но даже обнаружение простейшей жизни на Энцеладе стало бы поистине революционным открытием.

Ведь если жизнь смогла зародиться независимо в двух настолько разных мирах, как Земля и далекий спутник Сатурна, значит, она, скорее всего, широко распространена во Вселенной. А учитывая, что мы постоянно открываем все новые потенциально обитаемые экзопланеты у других звезд, можно предположить, что наша Галактика буквально кишит жизнью.

Как заглянуть в океан Энцелада, не повредив хрупкую экосистему?

Например, использовать мягких роботов-исследователей. Эти гибкие и прочные аппараты можно будет сбросить прямо в разломы южного полюса, чтобы они достигли воды естественным путем и передали оттуда ценные научные данные.

Мягкие роботы идеально подходят для этой миссии. Благодаря эластичному телу они смогут протиснуться даже в узкие разломы, не застревая и не ломаясь. Они выдержат огромное давление льда и воды и смогут долго автономно работать в экстремальных условиях, при этом минимально воздействуя на хрупкую среду, которую они исследуют.

Оснащенные множеством датчиков, камер и пробоотборников, такие роботы смогут всесторонне изучить состав и свойства подледного океана Энцелада, поискать в нем признаки возможной жизни. Может быть, они даже смогут доставить на поверхность образцы воды и микроорганизмов для более детального анализа.

Так что мягкие роботы могут стать нашими первыми послами в далеком океане Энцелада. И кто знает — может быть, именно они обнаружат там первую внеземную жизнь и совершат величайшее открытие в истории науки!

Конечно, чтобы проверить эти смелые гипотезы, нужны новые миссии к Энцеладу с более совершенными инструментами для поиска биомаркеров и, возможно, даже прямых признаков жизни. NASA и ESA уже разрабатывают концепции будущих миссий к Энцеладу, включая Enceladus Life Finder (ELF) и миссии с возможностью доставки проб на Землю. Но сам факт, что в пределах нашей Солнечной системы есть еще один мир, где жизнь теоретически возможна — это уже огромный стимул для дальнейших исследований.

Интересное по теме:

• Одного ледяного кристалла может быть достаточно, чтобы найти жизнь на Европе или Энцеладе.

• NASA «Джеймс Уэбб» наблюдал огромный водяной шлейф, исходящий от спутника Сатурна Энцелада.

На изображении запечатлен шестой по размеру спутник Сатурна — 504-километровый Энцелад. Цветной снимок был получен космическим аппаратом NASA "Кассини" 25 января 2009 года.

Одна сторона Энцелада освещена Солнцем, другая — отраженным от атмосферы Сатурна солнечным светом. На южном полюсе видны струи водяного пара, вырывающиеся из-под поверхности. 9 октября 2008 года "Кассини" пролетел сквозь струи и провел анализ выбрасываемого материала; полученные данные однозначно указали на наличие соленого подповерхностного океана.

Скрытый под ледяной корой соленый океан делает Энцелад одним из наиболее перспективных мест для поиска внеземной жизни. Будущие исследования этого удивительного спутника могут стать ключом к пониманию того, насколько распространена жизнь во Вселенной.

Интересное по теме:

• В океане Энцелада найден крайне необходимый для зарождения жизни элемент.

• Почему мы мечтаем открыть внеземную жизнь на Энцеладе?

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Их гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться из их гравитационных "объятий". Десятилетиями ученые считали, что это абсолютная крайность природы — объекты, которые только поглощают, но никогда ничего не отдают, вечные ловушки для материи и энергии.

Именно так все и выглядело, пока в этой, казалось бы, идеальной концепции не появилась трещина. В 1974 году великий физик-теоретик Стивен Хокинг сделал ошеломляющее заявление: черные дыры не вечны. Они медленно испаряются, испуская энергию, которую сегодня называют излучением Хокинга.

Квантовый взгляд на пустоту

Чтобы понять природу излучения Хокинга, нужно сперва принять удивительный факт: в физике вакуум — это вовсе не абсолютная пустота. На квантовом уровне пространство бурлит энергией. Постоянно, повсюду во Вселенной, из ничего возникают и тут же исчезают пары частиц — частица и ее античастица. Они появляются буквально из вакуума, на ничтожно короткое время, а затем аннигилируют друг с другом, вновь превращаясь в чистую энергию.

Физики называют эти пары "виртуальными частицами", а сам процесс — квантовыми флуктуациями вакуума. В обычных условиях мы не можем наблюдать эти частицы, потому что они существуют лишь мгновение.

Когда виртуальное становится реальным

Теперь представьте, что такая пара частиц возникла прямо на границе черной дыры — на горизонте событий. В этом случае может произойти нечто удивительное: одна из частиц падает внутрь черной дыры, а вторая успевает "убежать" и становится реальной, наблюдаемой частицей, улетающей в космос.

Но здесь возникает проблема с сохранением энергии. Виртуальные частицы заимствуют энергию из вакуума и должны быстро вернуть ее, аннигилировав. Когда же пара разделяется и одна частица улетает, общий энергетический баланс будто бы нарушается.

Решение этой проблемы — ключевой момент открытия Хокинга: черная дыра "платит" за улетающую частицу своей собственной массой. То есть, она теряет крошечное количество энергии, которая, согласно уравнению Эйнштейна E=mc², эквивалентна небольшому количеству массы.

Температура черной дыры

Излучаемые частицы образуют вокруг черной дыры нечто вроде теплового излучения. Это означает, что у черной дыры есть температура — еще одно революционное следствие теории Хокинга. Раньше считалось, что черные дыры абсолютно холодные, ведь из них ничто не может выйти. Хокинг доказал обратное.

Правда, эта температура чрезвычайно низкая. Например, сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центре Млечного Пути, имеет температуру около 10^-14 кельвинов — это намного ниже температуры реликтового излучения* Вселенной (2,7 К).

*Реликтовое излучение — это космический микроволновый фон, заполняющий всю Вселенную. Это самый древний свет во Вселенной, сохранившийся с момента Большого взрыва.

Неизбежность испарения

С течением времени, теряя энергию через излучение Хокинга, черная дыра постепенно уменьшается. По мере уменьшения черной дыры происходит удивительная вещь: температура ее излучения растет, а значит, процесс испарения ускоряется. В конце своей жизни крошечная черная дыра должна испустить мощную вспышку энергии и полностью исчезнуть.

Это приводит к знаменитому информационному парадоксу: что происходит с информацией, попавшей в черную дыру, когда она полностью испаряется? Согласно квантовой механике, информация не может быть уничтожена, но при этом она не может и покинуть черную дыру. Этот парадокс до сих пор не разрешен полностью и остается одной из главных загадок современной физики.

Можно ли наблюдать излучение Хокинга?

К сожалению, современные технологии пока не позволяют напрямую наблюдать излучение Хокинга из-за его чрезвычайно низкой интенсивности и температуры. Однако ученые разрабатывают косвенные методы его обнаружения и создают аналоги черных дыр в лабораторных условиях.

Один из многообещающих подходов — эксперименты с так называемыми "акустическими черными дырами". Это области в сверхтекучих жидкостях или конденсатах Бозе-Эйнштейна (экзотическое состояние вещества при сверхнизких температурах), где звуковые волны ведут себя подобно свету вблизи черных дыр. В таких системах скорость звука играет роль скорости света, а градиент скорости потока жидкости создает аналог гравитационного горизонта событий.

В экспериментах с этими "аналоговыми" черными дырами ученым удалось зафиксировать явление, напоминающее излучение Хокинга — спонтанное испускание фононов (квантов звуковых волн) из области горизонта событий. Хотя это не то же самое, что излучение реальных черных дыр, подобные эксперименты помогают лучше понять физику процесса и проверить теоретические предсказания.

Другой косвенный метод обнаружения излучения Хокинга — поиск его следов в гравитационных волнах, испускаемых при слиянии черных дыр или при испарении первичных черных дыр в ранней Вселенной. Будущие гравитационно-волновые обсерватории, такие как космическая LISA (Laser Interferometer Space Antenna), возможно, смогут зафиксировать эти эффекты.

Время жизни черной дыры

Одно из самых удивительных следствий теории Хокинга — возможность рассчитать время жизни черной дыры. Для черных дыр звездной массы это время составляет примерно 10^67 лет — невообразимо долгий срок, многократно превышающий нынешний возраст Вселенной (13,8 миллиарда лет).

Однако если где-то существуют первичные черные дыры с очень малой массой (порядка триллионной доли грамма), образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, то некоторые из них теоретически могли бы испариться к настоящему времени, породив мощные гамма-всплески. Поиски таких вспышек — один из способов проверки теории Хокинга.

Значимость открытия

Концепция излучения Хокинга имеет огромное значение для физики. Оно объединяет три фундаментальные области: общую теорию относительности (описывающую гравитацию и черные дыры), квантовую механику (описывающую поведение частиц) и термодинамику (изучающую тепло и энергию).

До Хокинга эти три области плохо сочетались друг с другом, особенно когда речь заходила о черных дырах. Его работа стала важным шагом на пути к созданию квантовой теории гравитации — всеобъемлющей теории, которая должна объединить все фундаментальные силы природы.

Читайте также:

• Первичные черные дыры — гипотетические охотники за планетными ядрами.

• От теории к реальности: как ученые открывали черные дыры.

• Получено первое прямое доказательство того, что сверхновые создают черные дыры и нейтронные звезды.

Европа — один из самых интригующих спутников в Солнечной системе со средним диаметром в 3 122 километра. Эта ледяная луна Юпитера, названная в честь финикийской принцессы из древнегреческой мифологии, является шестым по размеру спутником в нашей космической окрестности. Под ее сверкающей ледяной поверхностью скрывается глобальный океан жидкой воды, который может иметь ключевое значение в поиске внеземной жизни.

Снимки, переданные космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" в 1979 году, показали уникальный ландшафт: ледяная кора спутника испещрена сетью пересекающихся трещин и разломов. Эти линии, заполненные более темным материалом, создают впечатление потрескавшегося стекла или разбитой яичной скорлупы.

Особенно примечательно почти полное отсутствие крупных ударных кратеров. Это говорит о том, что поверхность Европы относительно молода и постоянно обновляется благодаря активным геологическим процессам. Ледяная кора юпитерианского спутника, предположительно имеющая среднюю толщину в 35 километров, не просто статичный слой — это динамическая система, которая постоянно меняется под воздействием внутренних сил.

Подледный океан — колыбель жизни?

Под ледяной корой Европы скрывается то, что делает этот спутник особенно интересным для ученых — глобальный океан жидкой воды. По оценкам исследователей, объем этого океана может вдвое превышать объем всех водных ресурсов Земли. Жидкое состояние воды поддерживается в основном благодаря приливному нагреву: гравитационное воздействие Юпитера создает напряжение в недрах спутника, что приводит к выделению большого количества тепла.

На дне этого океана могут существовать гидротермальные источники, похожие на "черные курильщики" в земных океанах. На нашей планете эти источники являются оазисами жизни, где процветают уникальные экосистемы, не зависящие от солнечного тепла и света. Не исключено, что подобные формы жизни могут обитать и в океане Европы.

Миссии к таинственному спутнику

В настоящее время к Европе летят два космических аппарата, начиненных передовыми научными инструментами:

• Космический аппарат JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) Европейского космического агентства, запущенный 14 апреля 2023 года, будет изучать Юпитер и его ледяные спутники (Европу, Ганимед и Каллисто). Хотя основной целью миссии является Ганимед, JUICE также проведет детальные исследования Европы.

• Миссия NASA Europa Clipper, запущенная 14 октября 2024 года, сфокусирована именно на изучении Европы. Аппарат оснащен девятью научными инструментами, которые помогут определить толщину ледяной коры, объем и распределение подледных водных ресурсов и исследовать состав поверхности. Особое внимание будет уделено поиску активных гейзеров — выбросов воды через трещины в ледяной коре, которые были замечены космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл".

Оба зонда прибудут в систему Юпитера в начале 2030-х годов.

Перспективы

Исследование Европы может стать ключевым в понимании потенциала существования жизни за пределами Земли. Если в подледном океане Европы действительно существуют условия, подходящие для развития жизни, это может перевернуть наше представление о распространенности жизни во Вселенной.

Будущие миссии к Европе могут включать в себя посадочные аппараты или даже подледные зонды, способные проникнуть в океан через естественные разломы в коре и исследовать "внутренности" луны напрямую.

Европа остается одним из самых перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе. И хотя мы пока не можем с уверенностью сказать, существует ли жизнь в ее подледном океане, каждая новая миссия приближает нас к разгадке этой захватывающей тайны.

Читайте также:

• Европа, спутник Юпитера, очень похож на Гренландию.

• Профессор Моника Грейди: «Уверена, что на спутнике Юпитера Европа есть жизнь».

• Одного ледяного кристалла может быть достаточно, чтобы найти жизнь на Европе или Энцеладе.

На расстоянии около 180 миллионов световых лет от Земли находится система Arp 143, представляющая собой пару взаимодействующих галактик: NGC 2444 (слева) и NGC 2445.

NGC 2444 — это эллиптическая галактика, а NGC 2445 — спиральная, и их гравитационное влияние искажает формы друг друга. Это взаимодействие вызвало бурные процессы звездообразования в NGC 2445, видимые как яркие голубые области.

Галактические столкновения — распространенные явления во Вселенной, играющие ключевую роль в ее эволюции.

Изображение было получено 22 февраля 2022 года космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл".

Перед вами удивительное цветное изображение Нептуна, "сшитое" из двух снимков, полученных космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 24 августа 1989 года.

"Вояджер-2" — единственный рукотворный объект, который когда-либо посещал систему самой дальней от Солнца планеты Солнечной системы.

На снимке видны три захватывающих атмосферных образования (подписаны на снимке ниже):

• Большое темное пятно (БТП) — антициклон, напоминающий знаменитое Большое красное пятно Юпитера. Однако в отличие от юпитерианского вихря, существующего столетиями, БТП Нептуна исчезло к 1994 году.

• «Скутер» — белое треугольное облако, получившее свое прозвище за невероятную скорость движения. Оно совершает полный оборот вокруг планеты всего за несколько часов!

• Малое темное пятно (МТП) — циклон в южном полушарии, исчезнувший одновременно с БТП в 1994 году. Ученые предполагают, что между этими образованиями была какая-то связь, но ее природа остается загадкой.

Все эти атмосферные структуры двигались на восток с разной скоростью и редко оказывались так близко друг к другу. Так что "Вояджеру-2" несказанно повезло запечатлеть их вместе.

Следующее свидание с Нептуном запланировано на 2049 год. Это может произойти в рамках миссии NASA Neptune Odyssey, запуск которой намечен на 2031 год.

Миссия Neptune Odyssey может стать настоящим прорывом в изучении системы Нептуна. Ученые планируют детально исследовать атмосферу планеты, изучить ее магнитное поле и внутреннюю структуру, а также проанализировать состав колец и спутников. Особое внимание хотят уделить Тритону — одному из самых загадочных спутников в Солнечной системе, чью поверхность покрывает азотный лед.

Пока же ученым придется еще четверть века довольствоваться крупицами данных, переданных легендарным "Вояджером-2".

Читайте также:

• Ночные светящиеся облака на Марсе.

• Частный космический аппарат Blue Ghost передал потрясающие кадры обратной стороны Луны.

• Спутники Нептуна: Протей.

20 октября 2014 года была открыта комета C/2014 UN271 Бернардинелли-Бернштейна (далее UN271), которая оказалась настоящим колоссом среди своих "сестер". Ее средний диаметр составляет 120-150 километров! Для сравнения, знаменитая комета 67P/Чурюмова-Герасименко, которую исследовал космический аппарат ESA "Розетта", имеет диаметр всего четыре километра.

Ядро UN271 примерно в 50 раз больше ядра типичной кометы, а масса этого космического гиганта оценивается в 500 триллионов тонн — это в 100 000 раз больше массы обычной кометы! По размерам UN271 сопоставима с астероидом Аврелия, который является одним из крупнейших объектов пояса астероидов, что находится между орбитами Марса и Юпитера.

Момент открытия UN271 стал рекордным по дальности обнаружения кометы — астрономы впервые заметили ее на расстоянии 4,3 миллиарда километров от Солнца. Для масштаба: среднее расстояние между Солнцем и Нептуном составляет 4,55 миллиарда километров.

Родиной этого космического гиганта является облако Оорта — гипотетическая сферическая область на окраине Солнечной системы. Это своеобразный "питомник" долгопериодических комет и малых ледяных тел, расположенный на расстоянии от 2 000 до 200 000 астрономических единиц (а.е.*) от Солнца. Именно оттуда прилетают многие кометы, включая эту гигантскую путешественницу.

*Одна а.е. — это среднее расстояние между Землей и Солнцем, составляющее примерно 150 миллионов километров.

Интересно, что изначально UN271 приняли за астероид. Только в 2021 году, когда объект находился на расстоянии 3,1 миллиарда километров от Солнца, астрономы заметили признаки кометной активности. Это удивительно, ведь на таком огромном расстоянии температура крайне низкая, и для начала сублимации льдов нужны особые условия.

Сейчас комета продолжает свое путешествие к внутренней области Солнечной системы. В январе 2031 года она достигнет перигелия — ближайшей к Солнцу точки своей орбиты, пролетев мимо системы Сатурна. После этого UN271 начнет долгий путь обратно в облако Оорта, и следующая встреча с ней состоится не раньше, чем через... три миллиона лет.

Комета UN271, безусловно, представляет большой интерес для ученых. Хотя этот объект и не подлетит близко к Земле, современные телескопы и методы анализа позволят астрономам получить ценные данные о физических свойствах, размерах и даже составе этой уникальной кометы-гиганта.

Изучение UN271 расширит наши знания об объектах, населяющих далекое и малоизученное облако Оорта, а также, возможно, даст дополнительную информацию о ранних этапах формирования Солнечной системы.

Так что в ближайшее десятилетие астрономы будут внимательно следить за UN271, стараясь по максимуму использовать эту редкую возможность исследовать столь далекого и необычного "гостя" из облака Оорта. И очень жаль, что мы не можем получить образцы с поверхности этого бесценного — с научной точки зрения — объекта.

Читайте также:

• Долгопериодические кометы: скрытая угроза для Земли.

• Образцы с астероида Бенну указывают на условия для зарождения жизни в ранней Солнечной системе.

• Ученые изучают возможность использования ядерного оружия для защиты Земли от астероидов.