Суровый и ледяной океан, окружающий Антарктиду, может показаться странным местом для исследования Юпитера. Но с 2014 года команда инженеров и ученых из Технологического университет Джорджии в Лаборатории планетарной среды обитания и технологий Бритни Шмидта проектировала, строила – и иногда ломала – подводного робота. Проект, названный Icefin (Айсфин, дословно – ледяной плавник), в конечном итоге поможет команде узнать об океанических мирах в других частях солнечной системы, а заодно глубже изучить нашу планету под антарктическим льдом.
Эти два мира могут иметь больше общего, чем вы думаете: как оказалось, Земля – это не единственное место в нашей солнечной системе с океаном. Вероятно, вы слышали о Европе, одной из лун Юпитера. Первоначально обнаруженная Галилеем в 1610 году, ледяная поверхность Европы охлаждается примерно до 110°Кельвина (или -163°C). Но поскольку огромная гравитация Юпитера сжимает Европу, как мячик для снятия стресса, тепло, создаваемое этим трением, обеспечивает достаточную энергию, чтобы не допустить её полного обморожения. Добавьте твёрдое ядро с составом, похожим на Землю, и возможность гидротермальной активности на морском дне, и вот Европа уже оказывается местом, пригодным для возникновения жизни с простейших форм, так же как жизнь здесь началась 3,5 миллиарда лет назад
«Насколько нам известно, Европа – единственная планета в Солнечной системе, которая обладала многими из тех же качеств, что и Земля за последние 4,5 миллиарда лет», - говорит Шмидт, глава команды Айсфин.
Хотя есть и другие океанические миры, такие как луна Сатурна, Энцелад, миниатюрный спутник, который активно выделяет солёную жидкость в космос с помощью вулканов, Европа является самым близким и лучшим выбором в наших поисках жизни вне Земли.
Но это не самая благоприятная среда для исследований: в то время как океан жидкий, замороженная кора, конечно же, твёрдая и имеет толщину в десятки километров. Здесь в игру вступают Айсфин и Антарктика. Ледяной плавник имеет форму торпеды и предназначен для автономной работы в глубоководной среде на больших расстояниях. Аппарат имеет длину чуть больше 3,5 метров, а ширину всего 25 сантиметров, что позволяет ему входить в узкие отверстия во льду. Это и является ключом к изучению океанов как на Земле, так и в будущем на Европе.
Лед также представляет дополнительные проблемы, не относящиеся просто к доступу в океан. Твердая кора блокирует навигационные сигналы, поэтому GPS не работает под водой здесь так же, как на Земле. Таким образом, Айсфин должен будет отображать своё местонахождение в режиме реального времени. К счастью, часть океана, расположенная глубже шельфовых ледников Антарктиды, фактически даёт возможность правдоподобной генеральной репетиции – они также относительно изолирована от «нормальной» среды открытого океана и практически не изучена.
Еще одно препятствие, с которым сталкиваются исследователи – это задержка связи из-за огромных расстояний. Юпитер находится на дистанции более 40 световых минут от нас, то есть радиосигналы (которые движутся со скоростью света) будут проходить 40 минут каждый путь до Земли. Таким образом, роботы, работающие в океане Европы, должны уметь самостоятельно мыслить без постоянного вмешательства человека, а также записывать то, что они находят. Исследователи практиковали искусственную задержку связи с Айсфин, чтобы имитировать реальные условия миссии с ограниченным человеческим контролем, хотя команда обычно использует оптоволокно для получения данных в реальном времени, чтобы быть уверенными, что они могут вернуть Айсфин обратно.
«Когда мы работаем с Айсфин, это всегда немного нервирует, даже когда робот работает отлично; лед различается по толщине и твердости, глубины неизвестны, потоки воды могут быть непредсказуемыми, и на нескольких наших участках нам приходится соседствовать с морскими котиками» – Джастин Лоуренс, аспирант.
Возможно, самая сложная задача команды заключается в том, чтобы решить, какие именно наблюдения будущая миссия по поиску жизни должна была бы сделать, чтобы окончательно заявить, что на Европе и правда есть микроорганизмы. Одна из главных дилемм, стоящая перед командой, формулируется так: Смогут ли датчики, разработанные для земных форм жизни, найти инопланетные организмы? Эти создания, возможно, эволюционировали совершенно другим путём и даже не могут использовать знакомые метаболизм или молекулы, такие как ДНК. И, конечно же, любые инструменты, которые учёные создают, должны вписываться в скромные размеры робота.
На данный момент команда решила оборудовать Айсфин несколькими приборами для подводного поиска: камеры, гидролокаторы и датчики для измерения температуры и уровня солености. Он также будет иметь возможность измерять содержание кислорода, уровень рН, растворенные органические вещества или химические выбросы в воде, которые предполагают близкие гидротермальные выходы.
Эта информация может в целом указывать, является ли планета пригодной для жизни – по крайней мере, для жизни, как мы ее знаем, – но не обязательно может сказать, что там что-то действительно живет. Для этого в настоящее время команда разрабатывает более сложные датчики, такие как миниатюрные счётчики клеток организмов, размером с колоду карт и компактные микроскопы, способные захватывать 3D-изображения частиц в толще воды.
К счастью, у исследователей впереди ещё несколько десятилетий, чтобы усовершенствовать как технологию, так и дизайн, прежде чем запускать ее в сторону Европы, предоставляя им множество возможностей для изучения Антарктики. Ранние исследования обнаружили совершенно новые виды жизни подо льдом и даже внутри него, с уникальными приспособлениями, которые не встречаются нигде в мире.
Кроме того, улучшаются роботизированные системы, так как подводный исследовательские аппараты получают возможность автономно изучать океан под ледяной шапкой, составлять карту дна и даже брать образцы. Надеемся, что с расширением нашего понимания о том, как искать жизнь на Земле, нам станет яснее, что именно нужно взять с собой для миссии на Европу.
