НАСА запланировало отправить к Европе, наименьшему Галилееву спутнику Юпитера, миссию Europa Clipper. Эта научная программа обещает стать одной из самых амбициозных и дорогих для американского космического агентства. Именно Europa Clipper должна выяснить, есть ли жизнь в подледном океане Европы. Если НАСА напрямую или косвенно обнаружит биологические организмы в спутнике Юпитера, человечество столкнется с серьезным вызовом.
Существование жидких подледных океанов ученые подозревают у многих небесных тел Солнечной системы, в частности — на спутниках Юпитера Европе, Каллисто и Ганимеде, на лунах Сатурна — Энцеладе и Титане, а также на других спутниках — например, Мимасе. Все эти луны покрыты слоем льда (водяного или углеводородного), под которым могут быть океаны. Условия в таких водоемах могут оказаться похожими на антарктическое озеро Восток, однако в отличие от земного водоема жидкость на спутниках может существовать в основном из-за разогревающих приливов.
В 1997 году Европу исследовала американская станция Galileo, совершившая 11 пролетов вблизи юпитерианской луны. Миссия показала, что под ледяной корой спутника может быть глобальный подледный океан или несколько озер. В первом случае соленой воды в недрах луны может оказаться в два раза больше, чем в Мировом океане на Земле. Более того, учет приливной энергии, обусловленной гравитационным взаимодействием Юпитера и Европы, показал, что локальные участки подповерхностного океана последней могут прогреваться до комфортных даже для земных организмов температур. Однако ученые не исключают, что вместо жидкой воды в недрах Европы находится вязкий лед.
Криовулканизм на Европе впервые обнаружил в декабре 2012-го космический телескоп Hubble. В мае 2018-го использование современных методов моделирования, недоступных 20 лет назад, подтвердило существование водяного выброса, который еще в 1997-м впервые обнаружил магнитометр Galileo с расстояния около 200 километров от поверхности Европы.
Особый интерес представляет исследование Коннемарского хаоса — участка поверхности спутника, сформированного молодыми блоками льда. Динамика таких структур на Европе напоминает тектонику Земли. Фактически ученые заявляют о наличии на поверхности Европы зон субдукции, в которых одни тектонические плиты (ледяные пласты) заходят под другие, а наружу выходит мантия (в случае ледяной луны — вода). Таким образом, ледяной спутник Юпитера оказывается третьим небесным телом внутри орбиты Нептуна (после Меркурия и Земли), у которого обнаружена активная тектоника.
Ожидается, что Europa Clipper, стартовая масса которой оценивается в шесть тонн (вместе с топливом), будет вращаться вокруг Юпитера в течение трех лет. За это время станция 45 раз приблизится к Европе на расстояние от 25 до 2,7 тысячи километров. Ученые надеются, что Europa Clipper, пролетев над гейзерами Европы, возьмет образцы и определит состав вещества, поступившего из ее недр.
Научные инструменты орбитальной станции включают в себя камеры и спектрометры, позволяющие получать в высоком разрешении изображения поверхности Европы и определять ее строение и состав, — в частности, на борту Europa Clipper есть радар, который определит толщину ледяной оболочки спутника и поищет подледные озера, и магнитометры, которые исследуют магнитное поле спутника, а также определят соленость и глубину его океана. Предполагается и инструмент для анализа теплового излучения Европы, который поможет обнаружить воду в разреженной атмосфере спутника.
Общий бюджет миссии (без стоимости средства выведения) оценивается минимум в два миллиарда долларов. Станцию предполагают отправить в космос при помощи тяжелых ракет (Atlas 5 или Delta 4 Heavy) или сверхтяжелых носителей — Falcon Heavy, которая ко времени запуска наверняка успеет пройти сертификацию, или, что предпочтительнее, разрабатываемой SLS (Space Launch System). В последнем случае Europa Clipper почти в 2,5 раза быстрее (за 2,7 года) достигнет Европы, чем на Atlas 5, однако стоимость запуска возрастет в пять-десять раз — до миллиарда долларов.
Также Конгресс США (в рамках миссии Europa Clipper) выделил финансирование на создание зонда Europa Lander, который спустится на поверхность Европы и проведет бурение ее ледяной коры на глубину до 10 сантиметров. Запуск спускаемого зонда, масса которого (вместе с топливом) оценивается в 10 тонн, может стать одним из самых амбициозных проектов НАСА. Europa Lander должна получить всего 33 килограмма научного оборудования, срок работы его оценивается в 20 земных суток.
За это время спускаемый зонд потратит 1600 ватт-часов энергии и передаст на Землю всего 600 мегабит данных. Требования к миссии объясняются суровыми условиями на Европе: температура поверхности спутника, находящегося в пределах радиационного пояса Юпитера (с дозой ионизирующего излучения в 5,4 зиверта — в сотни тысяч раз больше земной), варьируется от минус 210 (на полюсах) до минус 160 (на экваторе) градусов Цельсия.
Первоначальная стоимость Europa Lander оценивалась в четыре миллиарда долларов (помимо двух миллиардов на Europa Clipper), однако формально такую сумму удалось снизить — в частности, за счет упрощения системы связи, которая данные со спускаемого зонда будет передавать непосредственно на Землю, а не через орбитальную станцию, а также размещения более простых научных инструментов, которые рассчитаны на обнаружение биологических сигналов настоящей и прошлой жизни, а не непосредственно живых организмов. Однако в перспективе расходы на спускаемый зонд могут вырасти — причиной тому уникальность оборудования, которое должен получить спускаемый зонд.
У миссии Europa Clipper есть несколько проблем. Прежде всего, не определены сроки старта и ракета-носитель. Хотя официально запуск заявлен на июнь 2022-го, он может сдвинуться на июль 2023-го, август 2024-го или даже сентябрь 2025-го (наиболее выгодные с позиции небесной механики окна старта располагаются с интервалом в 13 месяцев друг от друга). Проблема эта связана с регулярными переносами первого старта SLS.
Есть опасения, что даже если ракета в первый раз полетит раньше июня 2022-го, то времени на последующее техническое обслуживание ее мобильной пусковой установки будет недостаточно, чтобы успеть к старту Europa Clipper именно к июню 2022-го, а перенос миссии на июль 2023-го, в свою очередь, по срокам совпадает с первым пилотируемым запуском лунно-марсианского корабля Orion. В таком случае НАСА необходимо ускорить работы по первой миссии SLS, получить финансирование на создание второй мобильной пусковой установки (около 400 миллионов долларов) или перенести запуск астронавтов к Луне. Пока в Конгрессе и НАСА оптимистично придерживаются первого варианта.
Другие проблемы связаны с конфигурацией и финансированием миссии к Европе. В настоящее время наиболее предпочтительным вариантом считается раздельный запуск Europa Clipper (в 2022-м) и Europa Lander (2024-м), хотя не исключен и вариант их одновременной отправки. Несмотря на то что американские планетологи и инженеры имеют достаточный опыт для того, чтобы в течение трех-четырех лет (до июня 2022-го) завершить создание орбитальной станции, завершить в срок такие работы возможно лишь при наличии стабильного финансирования.
Данный момент является скорее политическим, а не научным вопросом, а потому трудно прогнозируем. Программа получила расширенное финансирование в 2019-м финансовом году; если в последующие несколько лет миссии будет оказываться такая же поддержка, то аппараты Europa Clipper и Europa Lander будут готовы в срок (к 2022 и 2024 годам соответственно). Однако и тут есть риски, связанные с возможной сменой администрации президента США в 2021-м. Если к этому времени почти готовый Europa Clipper вряд ли будет отменен, то Europa Lander может оказаться под ударом.
Открытие жизни в Европе, если оно случится, вместе с одновременной ограниченностью в возможностях ее исследования, создаст серьезный вызов для человечества. Во-первых, это поставит множество вопросов перед эволюционной биологией. Возникла ли жизнь на Земле независимо от жизни в Европе или у организмов на небесных телах был общий родственник? Если верно последнее, то каково его происхождение — откуда он попал в Солнечную систему? В любом случае, у биологов возникнет слишком много вопросов, чтобы появление жизни на Земле связывать с популярной в настоящее время гипотезой мира РНК.
Во-вторых, в случае открытия жизни в недрах Европы наверняка начнется планирование новых миссий и к другим ледяным лунам, прежде всего Энцеладу, в которых будут заинтересованы не только США, но и, прежде всего, КНР, страны ЕС и Япония, а также, вероятно, Индия. Выльется ли такое планирование в конкуренцию между Китаем и Соединенными Штатами или превратится в сотрудничество, не важно, поскольку в обоих случаях приведет к интенсификации разработок средств выведения космических аппаратов, в частности ракет-носителей сверхтяжелого класса, а также, вероятно, космических кораблей с ядерной энергетической установкой. Хотя именно об Энцеладе в настоящее время, после миссии Cassini, известно больше, чем о Европе, лететь к ней, исходя из современных возможностей, ближе и потому дешевле.
В-третьих, открытие жизни на Европе наверняка спровоцирует всплеск интереса к исследованиям глубин Мирового океана и недр Антарктиды, условия в которых хотя бы частично напоминают таковые в ледяных спутниках газовых гигантов. В-четвертых, наконец, создание обитаемых станций на Луне и Марсе, вероятно, начнет рассматриваться как само собой разумеющееся, поскольку освоение этих небесных тел, расположенных сравнительно недалеко от Земли, несравненно легче, чем проникновение в глубины Европы или Энцелада.
НАСА обещает найти следы внеземной жизни до 2025 года. Наряду с отправкой человека на Луну и Марс агентство считает это одной из своих главных задач.