Ледяная поверхность Европы может светиться в темноте

Понимание химического состава льда на интригующей луне Юпитера может дать подсказки о возможности ее обитаемости.

Отредактировано 2023-25-06
Светящаяся ЕвропаЭта иллюстрация луны Юпитера Европа показывает, как ледяная поверхность может светиться на ее ночной стороне - стороне, обращенной от Солнца.

Когда исследователи обстреляли образцы льда пучками электронов, чтобы имитировать радиацию, которая регулярно омывает холодную поверхность Европы, они заметили, что лед излучает слабое свечение, которое меняется в зависимости от того, какие минералы присутствуют в составе льда. Зонд НАСА Europa Clipper, возможно, сможет наблюдать это же явление, когда через несколько лет достигнет далекой луны, и, возможно, использовать его для изучения того, есть ли на Европе условия, пригодные для жизни.

До сих пор единственным объектом в нашей небесной системе, излучающим свет в ночное время, была Земля; электричество, которое люди используют для освещения наших жилищ, можно увидеть с Международной космической станции, говорит Мерти Гудипати, астрофизик-лаборант Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. "Из-за своего положения и геологических аспектов Европа может быть очень похожа на Землю в том смысле, что в нашей системе есть второй объект, который также светится ночью", - говорит Гудипати, опубликовавший результаты исследования 9 ноября.

Европа покрыта ледяной коркой толщиной в несколько миль, которая, по мнению ученых, покрывает огромный океан глубиной от 40 до 100 миль. Луна также получает потоки заряженных частиц от сильного магнитного поля Юпитера; это излучение было бы смертельно опасным для человека, стоящего на поверхности Европы. И это будет актуально только в том случае, если люди каким-то образом смогут выдержать температуру поверхности Луны, составляющую в среднем 100 Кельвинов (-279,67 Фаренгейта). "Это очень уникальное место в нашей Солнечной системе", - говорит Гудипати. "Это один из самых высоких претендентов на потенциальную обитаемость [из-за] этих океанов, а также уникальное расположение в одной из самых суровых внешних сред".

Он и его коллеги хотели понять, что происходит, когда заряженные частицы ударяются о поверхность Европы. Они пускали пучки электронов в ледяные ядра, представляющие различные варианты поверхности Европы, и снимали результаты на видеокамеру. Когда электроны ударяли в чистый водяной лед, исследователи увидели, что замерзшая жидкость излучала беловатое свечение со слабым сине-зеленым оттенком. Это свечение было ярче, когда облученный лед содержал сульфат магния (соль Эпсома). Лед, содержащий хлорид натрия (морскую соль), светился гораздо тусклее, без какого-либо разноцветного оттенка. При дальнейшем исследовании ученые обнаружили, что свет, исходящий от льда, был преимущественно белым, но зеленые волны были немного более распространены в свете, исходящем от водяного льда, красные - от льда с солью Эпсома, а сине-зеленые - от льда с морской солью.

Это свечение возникает потому, что когда электроны вонзаются в лед, они заряжают материал энергией. Затем замерзшая вода высвобождает часть этой энергии в виде света, причем разные атомы и молекулы излучают свет с разной длиной волны.

Аналогичный процесс происходит и в северном сиянии, говорит Гудипати. Для наших глаз аврора имеет интенсивный зеленый оттенок, потому что кислород в атмосфере имеет достаточно места для излучения света, не взаимодействуя с другими материалами. Состав люминесцирующего льда более плотный и разнообразный; там может быть несколько соединений, постоянно излучающих свет, который смешивается вместе, образуя в основном беловатое свечение.

"Во льду нет пространства между одним атомом и другими атомами; это похоже на загорающих морских львов, они не могут передвигаться", - говорит Гудипати. "Он полностью переполнен, и каждый из этих возбужденных атомов или молекул взаимодействует со своим окружением".

Он и его коллеги считают, что если поверхность Европы светится ночью, как лед в их эксперименте, то запланированные приборы Europa Clipper, скорее всего, смогут обнаружить это, когда космический аппарат будет пролетать мимо. Миссия, которая будет запущена в середине 2020-х годов, может дать ученым возможность выяснить, насколько пригодной для жизни может быть Европа, проанализировав свечение, исходящее от ночной стороны луны.

Океан Европы, разбиваясь о морское дно, вероятно, взаимодействует со скалистым субстратом, образуя минералы, которые могут быть жизненно важны для жизни. Некоторые из этих минералов со временем попадают в лед, покрывающий океан Европы. Эта фригидная оболочка изрезана относительно небольшим количеством кратеров, что указывает на молодость ее поверхности. "Эти ударные кратеры каким-то образом очищаются, и эта очистка может произойти только в том случае, если между внутренним пространством и поверхностью происходит обмен", - говорит Гудипати.

В зависимости от того, насколько ярко светится лед и какие длины волн света он излучает, ученые могут определить его химический состав. "Материал на поверхности может нести на себе отпечатки того, каким был материал в океанах [с течением времени]", - говорит Гудипати.