Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крусе предполагают, что низкотемпературные гидротермальные источники, подобные тем, что обнаружены на Земле, могут существовать на океанических мирах, таких как спутники Юпитера, потенциально поддерживая жизнь.
В их исследовании использовались компьютерные модели для моделирования условий на этом внеземном морском дне с учетом таких факторов, как гравитация и тепло. Полученные результаты подчеркивают важность понимания собственных гидротермальных систем Земли для изучения возможностей в космическом пространстве, и ученые стремятся собрать больше данных в ходе предстоящих миссий, таких как Europa Clipper. Исследование гидротермальных источников и внеземной жизни
Мы все видели сюрреалистические кадры в документальных фильмах о природе, показывающие гидротермальные источники на холодном дне океана — вздымающиеся черные столбы сверхгорячей воды — и формы жизни, которые цепляются за них. Новое исследование ученых Калифорнийского университета в Санта-Крусе предполагает, что низкотемпературные вентиляционные отверстия, которые распространены на морском дне Земли, могут помочь создать условия для поддержания жизни в “океанических мирах” нашей солнечной системы.
Океанические миры - это планеты и спутники, которые имеют — или имели в прошлом — жидкий океан, часто под ледяной оболочкой или в скалистых недрах. В солнечной системе Земли несколько спутников Юпитера и Сатурна являются океаническими мирами, и их существование мотивировало все - от рецензируемых академических исследований и полетов космических кораблей со спутниками до популярных фильмов, таких как научно-фантастический триллер 2013 года "Отчет о Европе".
Многие направления исследований предполагают, что некоторые океанические миры выделяют внутри себя достаточно тепла, чтобы стимулировать гидротермальную циркуляцию под их морским дном. Это тепло выделяется в результате радиоактивного распада, который происходит глубоко под Землей, с дополнительным теплом, возможно, выделяемым приливами.
Системы Камень-тепло-жидкость были обнаружены на морском дне Земли в 1970-х годах, когда ученые наблюдали выделение жидкостей, несущих тепло, частицы и химические вещества. Многие жерла были окружены новыми экосистемами, включая специализированные бактериальные маты, красно-белых трубчатых червей и термочувствительных креветок.
Моделирование внеземных гидротермальных систем
В этом новом исследовании, опубликованном сегодня в Журнале геофизических исследований "Планеты", исследователи использовали сложную компьютерную модель, основанную на гидротермальной циркуляции, происходящей на Земле. После изменения таких переменных, как гравитация, тепло, свойства горных пород и глубина циркуляции жидкости, они обнаружили, что гидротермальные источники могут поддерживаться в широком диапазоне условий. Если такого рода течения возникнут в океаническом мире, таком как спутник Юпитера Европа, они могут повысить вероятность того, что жизнь существует и там.
“Это исследование предполагает, что низкотемпературные (не слишком горячие для жизни) гидротермальные системы могли поддерживаться в океанических мирах за пределами Земли в течение сроков, сопоставимых с теми, которые требуются для зарождения жизни на Земле”, - сказал Эндрю Фишер, ведущий автор исследования и выдающийся профессор наук о Земле и планетах (EPS) Калифорнийского университета в Санта-Крусе.
Дно океанов Земли: модель для исследований космического пространства
Система циркуляции морской воды, на основе которой команда основала свои компьютерные модели, была обнаружена на морском дне возрастом 3,5 миллиона лет в северо-западной части Тихого океана, к востоку от хребта Хуан-де-Фука. Там прохладная донная вода поступает через потухший вулкан (подводную гору), проходит под землей около 30 миль, затем вытекает обратно в океан через другую подводную гору. “Вода собирает тепло по мере того, как она течет, и выходит более теплой, чем при поступлении, и с совершенно другим химическим составом”, - объяснила Кристин Дикерсон, второй автор статьи и доктор философии. кандидат наук о Земле и планетах.
Движение от одной подводной горы к другой обусловлено плавучестью, потому что вода становится менее плотной по мере нагревания и более плотной по мере охлаждения. Разница в плотности создает разницу в давлении жидкости в породе, и система поддерживается самими потоками — они работают до тех пор, пока поступает достаточно тепла, а свойства породы обеспечивают достаточную циркуляцию жидкости. “Мы называем это гидротермальным сифоном”, - сказал Фишер.
Понимание гидротермальной системы охлаждения Земли
В то время как высокотемпературные вентиляционные системы в основном обусловлены вулканической активностью под морским дном, Фишер объяснил, что гораздо больший объем жидкости поступает на морское дно Земли и вытекает из него при более низких температурах, что обусловлено главным образом “фоновым” охлаждением планеты. “Поток воды через низкотемпературные вентиляционные отверстия эквивалентен, с точки зрения количества сбрасываемой воды, всем рекам и ручьям на Земле и является причиной примерно четверти теплопотерь Земли”, - сказал он. “Весь объем океана закачивается на морское дно примерно каждые полмиллиона лет”.
Потенциал низкотемпературных гидротермальных источников в космосе
Во многих предыдущих исследованиях гидротермальной циркуляции на Европе и Энцеладе, небольшом спутнике Сатурна, рассматривались жидкости с более высокой температурой. На карикатурах и других рисунках часто изображены системы на морском дне, которые выглядят как черные курильщики на Земле, по словам Донны Блэкман, исследователя EPS и третьего автора новой статьи. “Низкотемпературные потоки, по крайней мере, с такой же вероятностью, если не с большей”, - сказала она.
Команда была особенно взволнована одним результатом компьютерного моделирования, представленным в новой статье, показывающим, что при очень низкой гравитации — подобной той, что обнаружена на морском дне Энцелада — циркуляция может продолжаться при низких или умеренных температурах в течение миллионов или миллиардов лет. Это могло бы помочь объяснить, как маленькие океанические миры могут иметь долговечные системы циркуляции жидкости под своим морским дном, даже несмотря на ограниченное отопление: низкая эффективность отвода тепла может привести к значительному долголетию — по сути, на протяжении всего срока службы солнечной системы.
Будущее исследования Океанических миров
Ученые-планетологи обращаются к наблюдениям со спутников, чтобы помочь определить, какие условия присутствуют или возможны в океанических мирах. Авторы новой статьи планируют присутствовать на запуске космического корабля Europa Clipper этой осенью на мысе Канаверал, штат Флорида, вместе с коллегами, сотрудничающими в проекте "Исследуя океанские миры".
Исследователи признают неопределенность в отношении того, когда морское дно океанических миров будет непосредственно обследовано на предмет наличия активных гидротермальных систем. Их удаленность от Земли и физические характеристики создают серьезные технические проблемы для полетов космических аппаратов. “Таким образом, важно максимально использовать доступные данные, большая часть которых собрана удаленно, и использовать понимание, полученное в результате десятилетий детальных исследований аналоговых систем Земли”, - заключают они в статье.