Собираясь к Ганимеду: новый зонд проверит, возможна ли жизнь на спутнике Юпитера

«Идея космической миссии проходит несколько этапов, – рассказал нам научный сотрудник ESA Дмитрий Титов. – Первый из них – нечто вроде эскизного проектирования, когда выбираются научные задачи, оцениваются технические возможности, создается приблизительный набросок аппарата и стратегии. Я возглавлял группу ученых, которая работала с миссией JUICE на этой стадии вплоть до 2015 года, когда проект был принят к исполнению».

Огромный и массивный – почти в 320 раз тяжелее Земли – Юпитер окружен десятками спутников. Астрономы то и дело обнаруживают у планеты новые небольшие луны, но самые заметные из них – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – были открыты еще Галилеем. Каждая – целый необычный мир. Ио – самое вулканически активное тело в Солнечной системе, на его поверхности найдено больше 400 вулканов, около 150 из которых действующие. Чуть дальше от Юпитера вращаются Европа и Ганимед – спутник, размером превышающий Меркурий, – под корой у которых скрываются целые океаны жидкой воды. «Ну а Каллисто вообще чудной, – добавляет Дмитрий. – Его внутреннее вещество почти не дифференцировано: плотного ядра там нет, и все недра более-менее равномерно перемешаны, что совсем не характерно для небесных тел таких размеров».

Но окрестности Юпитера астрономы недаром называют «Солнечной системой в миниатюре»: интерес вызывают не только отдельные необычные объекты, но и система в целом, со всеми сложными взаимодействиями между ее телами. Здесь можно наблюдать гравитационные и приливные силы, возникающие между гигантской планетой и ее лунами. Чрезвычайно мощное магнитное поле Юпитера разбрасывает вокруг облака и потоки плазмы. Сюда же попадает вещество, которое отрывается с поверхности Ио и некоторых других спутников. Эти разноплановые взаимодействия способны многое рассказать и об устройстве недр небесных тел, и о тонких процессах, протекающих в окутывающих их магнитных полях. Просто уникальная природная лаборатория, рай для ученых.

«Прежде всего нужно было решить, что выбрать основной целью миссии JUICE – сам Юпитер или спутники, – говорит Дмитрий Титов. – Казалось бы, гигантская планета, которая доминирует над всем своим окружением, должна быть самой интересной. Однако предыдущие миссии, работавшие в системе Юпитера, обнаружили, что под твердой поверхностью некоторых спутников, по-видимому, скрывается жидкий океан. Эти находки перевернули всю парадигму поисков жизни во Вселенной и определили главные научные задачи нашего проекта».

До недавнего времени казалось очевидным, что если где-то недалеко и есть жизнь, то, разумеется, на Марсе. Эта планета и сегодня похожа на Землю, а в прошлом была куда более теплой и влажной. «Такой подход можно назвать "землецентрическим": подразумевается, что нужен океан на поверхности планеты, чтобы в его теплых лагунах зародилась жизнь, – продолжает Дмитрий. – Но когда стало известно о жидкой воде под поверхностью у Ганимеда и Европы, лун Юпитера, ученые поняли, что там тоже могут быть все ключевые ингредиенты: вода, насыщенная минеральными солями и органикой, достаточное количество тепла и энергии, длительные стабильные условия». Неудивительно, что создатели миссии JUICE сделали выбор в пользу спутников, а не самого Юпитера. И поскольку в то же время американские ученые из NASA начали планировать полет к Европе, то земной Европе достался Ганимед.

По словам Дмитрия Титова, в ESA этому даже обрадовались. Дело в том, что Европа считается крайне сложной целью для космических зондов. Орбита этого спутника пролегает в радиационных поясах Юпитера – участках его магнитного поля, где накапливаются огромные количества высокоэнергетических частиц. «Радиация там совершенно безумная, поэтому исследование Европы связано с огромными сложностями с точки зрения противорадиационной защиты, – поясняет Дмитрий. – Технологически и финансово ни ЕС, ни США пока не способны создать зонд, который сможет долго работать в таких условиях. Американцы даже отказались от орбитального аппарата, заменив его многочисленными быстрыми пролетами мимо спутника. Их зонд будет двигаться по сильно вытянутой траектории, сближаясь с Европой лишь на небольших участках, быстро проводить измерения и удаляться на безопасное расстояние».

Кроме того, Ганимед, в отличие от Европы, обладает собственным магнитным полем. Оно активно взаимодействует с могучей магнитосферой Юпитера, порождая не только яркие полярные сияния, но и множество других явлений, которые трудно найти где-либо еще в Солнечной системе. И конечно, у этого спутника есть свой подповерхностный океан. Но если из-под ледяной коры Европы кое-где пробиваются водяные гейзеры, то океан Ганимеда полностью заперт под более толстым слоем льда. Чтобы заглянуть туда, на глубину, придется использовать множество сложных приборов.

«Так и ведется работа над подобными космическими проектами, – объясняет Дмитрий Титов. – Сперва формулируются фундаментальные вопросы, на которые миссия должна найти ответ. Далее они дробятся на более мелкие задачи, которые можно решить с помощью конкретных измерений, сделанных приборами на борту. Затем все собирается вместе». А поскольку JUICE – миссия L-класса, «миллиардная», то приборов на аппарат установлено в изобилии. Разнообразный набор инструментов более чем для десятка научных экспериментов включает камеры, магнитометр, спектрометры – один для изучения состава поверхности Ганимеда, второй для изучения его разреженной атмосферы и третий для наблюдения полярных сияний и движения заряженных частиц в магнитном поле. Лазерный альтиметр (высотомер) позволит провести картографию спутника, а подповерхностный радар промерит его кору на глубину до нескольких километров – это поможет исследовать ее структуру и, возможно, даже увидеть скрытый океан.

Целый блок аппаратуры предназначен для регистрации частиц плазмы в широком диапазоне энергий. Запланирован и отдельный гравитационный эксперимент, где сам аппарат JUICE выступит в роли датчика. Принимая на Земле его радиосигналы, ученые смогут отслеживать скорость движения зонда с огромной точностью – до долей миллиметра в секунду. Пролетая над участками поверхности с разной плотностью и массой, аппарат будет слегка ускоряться или замедляться. Оценив эти изменения скорости, можно будет составить полную картину гравитационного поля Ганимеда, выяснить толщину и свойства коры спутника, глубину его океана.

«Главное, что всех интересует, – возможность возникновения жизни в ледяных мирах, – добавляет Дмитрий. – Но пока мы не ищем непосредственно организмы и следы их деятельности. Сначала нужно точнее определить физические условия на Ганимеде: размер его подледного океана, состав, температуру и т.п.».

Сейчас JUICE находится в Европейском центре космических исследований и технологий (ESTEC), главном предприятии ESA, где проходят испытания космические аппараты.

«По-человечески проект очень впечатляет. Я помню самое его начало – миссию в виде отчетов, расчетов, статей, – делится Дмитрий. – Но вот прошло семь лет, и перед нами уже сложная машина размером с автобус: сам аппарат весит почти две тонны, а полностью заряженный топливом наберет без малого пять». Горючее понадобится для маневров при перелете: стартовав в апреле 2023 года, зонд еще пару лет будет двигаться по внутренним областям Солнечной системы, меняя курс возле Земли, Луны и Венеры, гравитация которых подтолкнет JUICE по направлению к цели. А вот питание для работы своих инструментов аппарат сможет получать от солнечных батарей. На таком расстоянии от Солнца излучение уже довольно слабое, поэтому площадь панелей зонда достигает почти 100 кв. м.

В систему Юпитера JUICE прибудет в 2031-м и, как планируется, проработает там около полутора лет, рассматривая Ганимед и его подледный океан. Конечно, куда интереснее было бы опуститься на поверхность и попробовать пробурить скважину, но пока такие проекты чересчур сложны и дороги даже для крупнейших космических агентств мира. Прежде чем рисковать таким аппаратом, нужно все внимательно рассмотреть с орбиты, как это было сделано на Луне и Марсе. Но если орбитальные зонды подтвердят, что подледные океаны Европы и Ганимеда могут быть обитаемы, мотивов для посадочных миссий будет предостаточно.