Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Жизнь на спутниках планеты Юпитер возможна

Возможности существования жизни на Луне, на Меркурии, Венере и некоторых внешних спутниках Солнечной системы – шансы невелики, поэтому сосредоточимся на возможности жизни на спутниках Юпитера

Лунная система Юпитера

Учитывая, что Юпитер находится за пределами нашей официальной обитаемой зоны на значительном расстоянии (Юпитер находится на расстоянии 5,2 а.е. от Солнца  (778 миллионов километров, 1 а.е. – расстояние от Земли до Солнца), поэтому он получает лишь 1/27 от освещенности Земли).  Мы могли бы подумать, что перспективы для жизни мрачны. Однако, как ни удивительно, некоторые из самых лучших перспектив для жизни в Солнечной системе за пределами Земли находятся в системе Юпитера.

Причина в том, что, хотя на самом Юпитере, вероятно, и нет жизни, но жизнь на спутниках Юпитера кажется многообещающей или вероятной.

Юпитер — король планет, его масса в два с половиной раза превышает массу всех планет Солнечной системы. Одна из причин его размера заключается в том, что он образовался за пределами “линии замерзания”, где может образовываться водяной лед. Эти ледяные крупинки содержали водород (наиболее распространенный элемент), следовательно, собралось значительное количество массы. В конце концов масса стала достаточно большой, чтобы начать втягивать газ из окружающей протопланетной туманности и расти за счет прямого гравитационного накопления, а не за счет столкновений между протопланетами, которые, как мы думаем, сыграли важную роль для землян. Одним из результатов этого является то, что, в то время как Земля сильно обогащена тяжелыми элементами, такими как железо и кремний, состав Юпитера близок к составу Солнца. Большая часть атмосферы Юпитера состоит из водорода, а остальное – газ гелий.

Спутники Юпитера

У Юпитера четыре больших спутника и множество гораздо меньших (всего более шестидесяти на последний отсчет). Галилей, открывший большие луны, назвал их “спутниками Медичи”.

Однако у потомков ничего этого не было бы, поэтому вместо этого они все вместе называются галилеевыми лунами. В порядке от ближайшего к дальнему это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. жизнь на спутниках Юпитеражизнь на спутниках Юпитера

Ганимед — самый большой спутник в Солнечной системе, и фактически он имеет больший диаметр, чем Меркурий (хотя и меньшую массу из-за более высокой плотности Меркурия). Эти четыре спутника представляют собой микрокосм Солнечной системы сами. Их средняя плотность ближе к центру, что говорит о том, что там, в  диске, было больше тепла и, следовательно, было труднее улавливать вещества с более низкой температурой плавления.

Особое значение имеют орбитальные периоды трех внутренних из них.

Ио обращается вокруг Юпитера раз в 1,77 дня, Европа — каждые 3,55 дня, а Ганимед – каждые 7,15 дней. Если посмотреть на эти цифры, то видно, что они очень близки к соотношению 1:2:4. Совпадение? Нет! Действительно, это близкое соотношение оказывается причиной того, что Европа и возможно, Ганимед, считаются хорошими перспективами для жизни. Это связано с гравитационным приливным воздействием Юпитера на спутники и спутников друг на друга. Это достаточно важно, чтобы доказать, что  жизнь на спутниках Юпитера возможна.

Сейчас мы немного подробнее остановились на гравитационном приливном воздействии.

Приливные эффекты

Приливы и отливы на Земле вызваны в первую очередь гравитацией Луны и, во вторую очередь, гравитацией Солнца. По сути, та часть океана, которая обращена к Луне, в среднем находится ближе к ней. Следовательно, эта часть вытягивается сильнее, что приводит к образованию приливов. Что менее интуитивно понятно, так это то, что на противоположной стороне Земли также наблюдается прилив. Если бы Земля вращалась с той же скоростью, с которой Луна обращается вокруг нас, то выпуклости всегда находились бы непосредственно под Луной. В действительности Земля вращается быстрее, чем Лунные орбиты (день короче месяца!).

Теперь давайте вернемся к лунам Юпитера. Юпитер совершает оборот всего за 9,8 часа. Это означает, что приливные выпуклости, создаваемые его лунами, всегда ведут за собой спутники. Следовательно, так же, как и в случае с нашей Луной, спутники Юпитера со временем перемещаются наружу.

Давайте предположим, что вокруг Юпитера вращалась бы только одна большая луна. Приливные эффекты оттолкнули бы эту луну подальше. Они также быстро сделали бы орбиту этой Луны круглой и еще быстрее сделали бы период вращения этой Луны так что она бы была обращена к Юпитеру одной и той же стороной (как наша Луна обращена к Земле). Но круговая орбита плюс синхронное вращение (т.е. всегда обращенное к планете-хозяину одной и той же стороной) означает, что приливные эффекты не будут сжимать луну. В результате мы ожидали бы Ио, Европу, и Ганимед холодными и мертвыми, потому что они слишком малы, чтобы удерживать сколько-нибудь значительное количество тепла со своего образования.

Спутник Юпитера Ио является самым вулканически активным объектом в Солнечной системе.

Европа не настолько экстремальна, но трещины во льду указывают на то, что на глубине нескольких километров во льду находится океан жидкой воды.

Считается, что даже на Ганимеде есть жидкая вода, хотя и под еще более толстым слоем льда.

Что дает гравитационное приливное воздействие?

Вот тут-то и возникает соотношение орбитальных периодов 1:2:4; это вовсе не совпадение. Учитывая, что приливные эффекты гораздо сильнее для более близких объектов, Ио была вытеснена гораздо быстрее, чем Европа и Ганимед. Предположим, что Ио начиналась дальше внутри Европы, чем она находится в настоящее время, возможно, с соотношением орбитальных периодов 1: 2,6. Когда он выдвинулся, этот разрыв закрылся, чтобы 1:2.4, 1:2.2 и, в конечном счете, до 1:2.

На данном этапе Ио обращается по орбите дважды за каждый отдельный раз, когда Европа обращается по орбите. В результате Ио и Европа регулярно наносят друг другу гравитационные удары, всегда в одной и той же фазе.

Это рецепт резонанса, благодаря которому может накапливаться большое количество мелких ударов, находящихся в одном и том же месте. Знакомый пример — толкание качелей. Нажимая каждый раз на одно и то же место, вы можете довольно быстро поднять кого-то довольно высоко. Напротив, если вы нажимаете в случайных местах во время цикла, вы иногда добавляете энергию, а иногда убираете ее, что приводит к незначительному чистому эффекту.

Ключевым моментом в системе лун Юпитера является то, что одним из последствий этих ударов является то, что орбиты становятся слегка эксцентричными, а не точно круглыми. Эти типы резонансов, в которых орбиты сходятся навстречу друг другу, также придерживаясь: когда-то Ио и Европа находились в резонансе 1: 2, они оставались в этом соотношении орбитальных периодов. Аналогичным образом, когда эта пара продвинулась достаточно далеко, они захватили Ганимед, и теперь у них хороший расклад 1:2:4.

Поскольку Ио и Европа не всегда находятся на одинаковом расстоянии от Юпитера, скорость, с которой они вращаются меняется, и, следовательно, они не могут постоянно находиться лицом к Юпитеру.

Таким образом, приливная сила Юпитера сжимает каждый из них и нагревает их намного сильнее, чем они могли бы выдержать в обычном режиме. То же самое верно, в меньшей степени, для Ганимеда. Таким образом, жизнь на спутниках Юпитера возможна.

Вероятность существования жизни на лунах Юпитера

Имея это в виду, что мы можем сказать о вероятности существования жизни на спутниках Юпитера?

Ио, вероятно, слишком горячий. На Европе есть жидкая вода и геотермальный источник энергии, и, вероятно, она достаточно стабильна. Это оставляет вопрос о химическом составе. Мы знаем, что внешняя часть — это водяной лед, одно из последствий того, что мы находимся так далеко от Солнца. Вероятно внутренняя часть каменистая, но в ней много углерода. Если это так, то в принципе нет никаких препятствий для существования жизни на Европе.

По всем этим причинам Европа считается второй после Марса по потенциалу для жизни в других частях Солнечной системы.

Последствия для жизни во Вселенной

После этого обсуждения, что это значит для жизни жизнь на спутниках Юпитера? Очевидно, мы не знаем, насколько распространены такие лунные системы.

В частности, если бы Ио, Европа или Ганимед были очень маленькими лунами, последствия были бы незначительными. Юпитер находится далеко за пределами нашей номинальной обитаемой зоны, но есть по крайней мере одна луна, возможно, две, с вероятными значительными океанами жидкой воды! Кроме того, некоторые полагают, что сжатие и растрескивание Европы подразумевает, что на дне этого океана должны быть гидротермальные источники. Мы знаем, что на Земле в этих экосистемах обитают экстремофилы, и, возможно, на Европе они еще более обширны, потому что отсутствие тектоники плит (температура слишком низкая для магмы) может означать, что расположение этих жерл может быть гораздо более устойчивым, чем на Земле.

Это вполне может открыть огромный новый спектр возможностей для жизни.

Может ли возникнуть разумная жизнь?  Вблизи вентиляционных отверстий на Земле существуют макроскопические формы жизни, так что явно возможна жизнь. Можно также представить сценарии, в которых эволюционировала разумная жизнь, но толстый слой льда препятствовал их общению.

Существует некоторое обсуждение миссии на Европу для бурения во льду и извлечения образцов воды в поисках жизни. На данный момент это довольно заманчиво. Если подумать  как лучше всего пробурить слой льда толщиной в несколько км (есть способы, но неясно, как тогда можно было бы получить образцы обратно!).

Планеты-гиганты в ранней Солнечной системе

Прежде чем навсегда покинуть пределы Солнечной системы, нам нужно подумать о том, как это выглядело раньше. Когда мы обсуждали планеты земной группы, мы подчеркивали, что более крупные планеты больше сохраняют свое внутреннее тепло. Это тем более характерно для газовых гигантов, и действительно, даже сегодня Юпитер излучает более чем в два раза больше энергии, чем получает от Солнца. Способ думать о это связано с тем, что Юпитер и другие гиганты в основном представляют собой газовые шары, которые медленно оседают и в результате выделяют энергию.

Если мы перенесем это на первые сто миллионов лет существования Солнечной системы, то в тот момент Юпитер излучал больше энергии, и действительно, его гигантские спутники, возможно, получали больше энергии от Юпитера, чем от Солнца. Могло ли это означать наличие жидкой воды на поверхности Европы в течение этого времени?

В дальнейшем «что, если» мы могли бы несколько раз представить себе другую звездную систему с газовыми гигантами больше Юпитера (многие из них действительно были обнаружены). Такой гигант был бы еще более эффективным источником тепла для своих спутников, поэтому, если спутники находятся достаточно близко и достаточно велики, они были бы достаточно нагреты, чтобы поддерживать жидкую воду в течение миллиардов лет. Если бы сами спутники были в несколько раз больше, они могли бы сохранить атмосферу и, возможно, быть еще более благоприятными для жизни.

Вывод заключается в том, что даже в нашей собственной Cолнечной системе, это жизнь на спутниках Юпитера или жизнь на спутнике Сатурна, конечно же, во Вселенной в целом есть много мест, где могла бы существовать жизнь.

Мы еще не знаем, существует ли жизнь где угодно, кроме Земли, но есть основания сохранять оптимизм.