В новом выпуске канала Event Horizon ведущий Джон Майкл Годье обсуждает с доктором Натали Вольфенбаргер (Natalie Wolfenbarger) секреты ледяного панциря Европы, спутника Юпитера. Исследования земной Антарктики и уникального процесса формирования «подводного снега» позволяют ученым строить гипотезы о составе внеземных океанов и обитаемости ледяных миров еще до того, как туда приземлится первый исследовательский аппарат.
🛰️ Миссия Europa Clipper и проблема соленого льда 1:32
Натали Вольфенбаргер, геофизик и участница научной команды миссии NASA Europa Clipper, работает над тем, как интерпретировать данные будущего радара REASON . Основная цель — понять, насколько соленой является ледяная оболочка Европы, так как это критически влияет на работу приборов.
Радар с проникающей способностью (ice-penetrating radar) посылает энергию сквозь лед, чтобы определить, что находится под ним: жидкая вода или другие структуры . Однако соли, содержащиеся в ледяном панцире, могут искажать или поглощать этот сигнал. По словам Вольфенбаргер, понимание процессов формирования льда на Земле помогает предсказать, сколько соли удерживается в структуре льда при его замерзании на других мирах, таких как Европа или Энцелад .
Ключевые факторы, влияющие на чистоту сигнала:
- Температура и давление на границе раздела лед-океан .
- Процесс «отвержения» соли: при замерзании морской воды на Земле (около -2°C) часть солей вытесняется, но часть неизбежно оказывается запертой внутри .
- Скорость охлаждения: если объем воды замерзает в замкнутом пространстве, концентрация соли в оставшейся жидкости растет, что меняет физические свойства льда .
❄️ «Подводный снег»: два способа рождения льда 4:18
Вольфенбаргер описывает два принципиально разных механизма нарастания льда, которые ученые наблюдают в Антарктике и ожидают увидеть на Европе:
- Конжеляционный рост (Congelation growth): Это направленное замерзание, похожее на то, как вода превращается в лед в лотке для кубиков в морозилке . В морских условиях этот процесс формирует «каналы рассола» — вертикальные структуры, через которые соленая вода вытесняется из нарастающего льда. Натали упоминает документальный фильм BBC, где наглядно показаны так называемые «пальцы смерти» (brinicles), убивающие донных обитателей переохлажденным рассолом .
- Фразильный лед (Frazil ice): Это явление Вольфенбаргер называет «подводным снегом» . В толще воды образуются крошечные кристаллы чистого льда, которые из-за своей плавучести устремляются вверх. Они скапливаются под основным ледяным панцирем, заполняя трещины и неровности рельефа.
Этот «перевернутый снегопад» создает пористый, менее консолидированный слой льда, который постепенно уплотняется под давлением новых слоев . Для радара REASON крайне важно различать эти типы льда, так как «чистый» фразильный лед будет гораздо прозрачнее для радиоволн, чем соленый конжеляционный лед.
🕳️ Ледяная летопись: можно ли обойтись без бурения? 7:08
Джон Майкл Годье поднял вопрос о возможности изучения истории океана Европы через ледяные керны, по аналогии с тем, как ученые изучают климат Земли. Однако Вольфенбаргер отмечает серьезную техническую проблему: толщина льда Европы исчисляется километрами . Чтобы получить репрезентативную историческую запись, пришлось бы пробурить огромную толщу, что пока невозможно.
В качестве альтернативы обсуждается использование активной геологии спутника:
- Хаотические ландшафты (Chaos terrain): Районы, где лед трескался и перемешивался, могут содержать вкрапления материала из глубин .
- Инъекции рассола: В местах разломов вода из океана может впрыскиваться ближе к поверхности и замерзать там .
Тем не менее, Натали предупреждает, что мы пока не знаем, насколько сильно эти процессы искажают химическую подпись океана. Вопрос о том, что должно быть приоритетом — миссия по возврату образцов с поверхности или попытка бурения, — остается открытым. Сама Вольфенбаргер признается, что в ней борются две личности: инженер, призывающий к осторожным постепенным шагам, и ученый, который «просто хочет увидеть, что там под льдом» .
🦠 Жизнь в «пушистом» льду и энергетический бюджет 10:01
Одной из самых захватывающих гипотез является возможность существования микробной жизни непосредственно в слоях фразильного («пушистого») льда. По мнению Вольфенбаргер, такие зоны могут быть более доступными для поиска биосигнатур, чем глубокий океан . Проницаемый, пористый лед с включениями рассола может служить отличным убежищем для экстремофилов.
В отношении более сложных форм жизни (ведущий в шутку упомянул «космических китов Европы») Натали проявляет научный скептицизм . Она подчеркивает, что все упирается в доступный энергетический бюджет. Ученые уже работают над моделями, рассчитывающими, сколько энергии доступно для поддержания метаболизма, и это определит, стоит ли нам ждать встречи с изолированными микробами или чем-то более сложным .
📏 Измерение толщины: радары против магнитометров 14:22
Толщина ледяного панциря Европы остается предметом споров. Оценки варьируются от нескольких километров до 90 километров . Для решения этой задачи миссия Europa Clipper использует комплексный подход:
- Радар REASON: Может «пробить» лед на определенную глубину, но не факт, что достанет до дна, если лед слишком толстый или соленый .
- Магнитометр: Позволяет косвенно оценить толщину льда через взаимодействие с электропроводностью океана .
Комбинация данных от этих приборов поможет установить границы (upper/lower bounds) и понять, является ли оболочка тонкой или массивной . Кроме того, обсуждается вопрос изменчивости толщины: некоторые модели предсказывают выравнивание льда за счет течения, другие — локальные истончения из-за нагрева океана или трещин .
🚢 Экспедиция на ледник Туэйтса: земные тренировки 19:01
Вольфенбаргер поделилась опытом работы в Антарктике в составе экспедиции, поддерживаемой Корейским институтом полярных исследований (KOPRI) на ледоколе Araon . Исследования проводились в районе ледника Туэйтса, который часто называют «ледником Судного дня».
Детали экспедиции:
- Дорога до Антарктики заняла около двух недель .
- Транспортировка на ледник осуществлялась с помощью двух вертолетов с борта ледокола.
- Команда жила в палаточном лагере прямо на льду, проводя геофизические съемки и устанавливая станции GPS .
Натали отметила, что погода в Антарктике часто оказывалась неожиданно теплой — около нуля градусов Цельсия, что затрудняло работу из-за таяния снега, сильных ветров и облачности . Большую часть времени ученым приходилось просто ждать летной погоды.
Завершая разговор об Антарктике, Вольфенбаргер с сожалением отметила, что ей не удалось увидеть легендарное звездное небо южного полюса, так как во время экспедиции стоял полярный день . Лишь на обратном пути в Южном океане она смогла насладиться истинной темнотой и звездами, что напомнило ей о том, почему она выбрала путь изучения далеких миров .
