В совокупности эти результаты показывают, что Европа обладает глобальным подповерхностным океаном жидкой воды глубиной от 50 до 120 миль (от 80 до 200 км) под слоем льда толщиной в среднем несколько миль. Толщина льда сильно варьирует в разных местах поверхности Европы и в некоторых районах может составлять всего лишь около мили (0,6 км) или около того.
Первый вопрос, который приходит на ум, как только мы признаём существование подповерхностного океана на Европе, состоит в том, откуда берется энергия, необходимая для поддержания воды в жидком состоянии. В отличие от Айсхейма, Европа слишком мала, чтобы выделять значительное тепло либо в процессе охлаждения, либо благодаря радиоактивности. Мы ожидаем, что она будет геологически мертва, как Луна у Земли.
Однако существует ещё один источник энергии, действующий в системе Юпитера, и он обусловлен гравитационным воздействием, которое оказывают на Европу Юпитер и другие его спутники. Европа завершает оборот по орбите примерно за 85 часов, и за это время расстояние между ней и Юпитером и тремя другими крупными спутниками планеты (Ио, Ганимед и Каллисто) меняется. Следовательно, сила и направленность гравитационного воздействия, которое испытывает Европа, также меняются. В результате она постоянно изгибается, скручивается и деформируется — а при этом, как мы знаем, выделяется тепло. (Вы можете убедиться в этом, если быстро посгибаете металлическую полосу туда-сюда, а затем потрогаете пальцами место изгиба.) Этот процесс, известный как приливный разогрев, способен поддерживать подповерхностный океан Европы в жидком состоянии в течение многих миллиардов лет. (Название дано в связи с тем фактом, что изменяющееся гравитационное поле создаёт приливы и отливы на небесных телах.)
Как только было подтверждено существование подлёдного океана на Европе, аналогичные подповерхностные океаны были обнаружены на Ганимеде и Каллисто, а также на спутниках Сатурна Титане и Энцеладе. Космический аппарат «Кассини», находившийся на орбите Сатурна, смог пролететь через гейзер, извергающийся на поверхности Энцелада. Подповерхностные океаны во внешней области Солнечной системы быстро стали главными кандидатами на звание мест, где могла развиться внеземная жизнь. Это, кстати, объясняет, почему в 2003 году космический аппарат «Галилео» столкнулся с Юпитером, а космический аппарат «Кассини» в 2017 году врезался в Сатурн. Они оба были уничтожены, чтобы исключить (минимальную) возможность того, что они могут упасть на одну из этих лун и тем самым загрязнить её земными микробами.
Прежде чем покинуть нашу Солнечную систему, мы должны отметить, что наблюдения с космического аппарата «Новые горизонты» показывают, что на Плутоне также есть подповерхностный океан жидкой воды, а на его луне Хароне подповерхностный океан существовал в далёком прошлом. Поскольку на Плутоне возможность приливного разогрева отсутствует, источник тепла, необходимого для поддержания существования его океана, в настоящее время остается загадкой.
Существует несколько путей образования мира с подповерхностным океаном, покрывающим каменное и, возможно, металлическое ядро. Большая планета вроде Айсхейма может начинать со слоя твёрдого льда, покрывающего каменное ядро, но остаточное тепло от образования планеты или большое количество тепла, выделяемого за счёт радиоактивного распада в её ядре, может растопить этот лёд в количестве, достаточном для создания океана. В качестве альтернативы, как и в случае с Европой и другими лунами в нашей Солнечной системе, внешний процесс наподобие приливной деформации может генерировать достаточно много тепла для поддержания части воды, покрывающей ядро, в жидком состоянии. В этих ситуациях тепло, которое поддерживает подповерхностный океан, создаёт слой жидкой воды «снизу вверх».
Можно также представить себе мир, на поверхности которого когда-то существовали жидкие океаны, но он охладился достаточно сильно, чтобы его внешний слой воды был заморожен, а внутренняя вода оставалась жидкой. События «Земля-снежок» в истории нашей собственной планеты показывают, что такое может случиться. Вообще, в истории Земли были моменты, когда её можно было бы классифицировать как мир подповерхностного океана. Основная мысль в данном случае заключается в том, что структура планеты развивается в последовательности «сверху вниз», при этом слой льда образуется поверх жидкого океана. События «Земля-снежок» вновь напоминают нам, что планеты могут перемещаться взад-вперёд между различными категориями водных миров, которые мы выделили. Кроме того, мы должны быть готовы к тому, что условия для развития жизни могут различаться в зависимости от того, исследуем ли мы спутник планеты, подвергающийся приливному разогреву, или планету на собственной орбите, не подвергающуюся подобному нагреву.
В этом месте мы сталкиваемся с одним из тех вопросов без ответа, которые иллюстрируют пробелы в наших знаниях об астрономических объектах, потому что дело в том, что мы на самом деле не понимаем особенностей тепловых потоков в небесных телах с подповерхностными океанами. Существует общее мнение о том, что жидкая вода будет переносить тепло вверх за счет конвекции. Однако неизвестно, будет ли конвекция происходить ещё и во внутренней, каменной мантии и металлическом ядре, как на Земле. Некоторые теоретики утверждают, что даже такой маленький мир, как Европа, может поддерживать конвекцию в мантии и, следовательно, обладать такими глубоководными гидротермальными источниками, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Чисто теоретически мы предположим, что это так, и рассмотрим только миры с подповерхностными океанами, где существуют глубоководные гидротермальные источники.
Давайте рассмотрим, как могла бы развиваться жизнь в таком мире, и в честь открытий космического аппарата «Галилео» давайте назовём наш воображаемый мир Новой Европой.
Лингвистическое отступление
Вероятно, вам известно, что в 2006 году небольшая группа астрономов на заседании Международного астрономического союза, одним из самых глупых решений, когда-либо принятых научным органом, проголосовала за «понижение» Плутона до статуса «карликовой планеты». В процессе принятия решения им пришлось совершенно непонятным образом переопределить слово «планета» (полное обсуждение этого голосования приводится в нашей книге «Экзопланеты»
[4]). Это решение было проигнорировано многими учёными-планетологами, и в этой книге мы поступим так же. Чтобы читателям было легче понимать наши доводы, мы также сохраним общепринятое различие между «планетой» и «луной», но отметим, что среди учёных-планетологов существует тенденция называть любой объект, включая луны, «планетой», если он достаточно велик, чтобы мог собраться в сферическую форму, и достаточно мал, чтобы не быть звездой. Мы отдаём себе отчёт в том, что называть Луну Земли «планетой» несколько странно, по крайней мере, на первый взгляд, но мы ожидаем, что это соглашение в конечном итоге примут ещё больше астрономов.
Жизнь подо льдом
Как мы уже не раз отмечали, самая интересная ситуация в водных мирах возникает, когда ядро достаточно велико, чтобы поддерживать тектоническую активность, и из-за этого на поверхности твёрдого ядра имеются горячие источники в районе срединно-океанических хребтов. Многие учёные считают, что жизнь на Земле зародилась в таких источниках в глубоких океанах нашего мира, и они, бесспорно, создают среду, в которой в изобилии имеются энергия и материалы, необходимые для жизни. Давайте рассмотрим планету с горячими источниками на поверхности её ядра и подповерхностным океаном, покрытым слоем льда, — мир, который мы называем Новая Европа.
