|
Пролетая сквозь шлейфы Энцелада
|
|
|
|
В следующем десятилетии космические агентства расширят поиск внеземной жизни за пределы Марса, где в настоящее время сосредоточены все наши усилия в области астробиологии. Это включает в себя исследователь ледяной луны Юпитера ЕКА (JUICE) и космический аппарат НАСА Europa Clipper, который неоднократно пролетит мимо Европы и Ганимеда, чтобы изучить их поверхности и внутренности. Существует также предлагаемая НАСА миссия Dragonfly, которая полетит на Титан и изучит его атмосферу, метановые озера и богатую органическую химию, происходящую на его поверхности. Но, пожалуй, самым привлекательным местом назначения является Энцелад и прекрасные шлейфы, исходящие из его южной полярной области. С тех пор как миссия "Кассини" получила возможность рассмотреть эти шлейфы крупным планом, ученые страстно желали отправить туда роботизированную миссию, чтобы взять их образцы, в которых, по-видимому, содержатся все ингредиенты для жизни. Это не так просто, как кажется, и нет никаких указаний на то, что полет сквозь шлейфы приведет к получению неповрежденных образцов.
|
|
|
|
В недавней статье, опубликованной в журнале Meteoritics & Planetary Science, исследователи из Кентского университета исследовали, как скорость пролетающего космического аппарата (и возникающий в результате удара шок) могут существенно повлиять на его способность отбирать пробы воды и льда в шлейфах. Исследование было проведено профессором Дж. Марк Берчелл и доктор Пенни Вознякевич (заслуженный профессор и старший преподаватель космических наук) из Центра астрофизики и планетологии (CAPS), входящего в состав Школы физики и астрономии Кентского университета, Великобритания. Их работа может иметь значительные последствия для миссий к мирам с ледяным океаном (IOW), телам во внешней части Солнечной системы, состоящим преимущественно из замерзшей воды и летучих веществ с океанами внутри. Эти тела вызывают все больший интерес у ученых, поскольку возможно, что на некоторых из них может поддерживаться жизнь.
|
|
|
Термин "Океанические миры" стал распространенным в последние годы, поскольку число потенциальных кандидатов для исследования увеличилось. С тех пор, как зонды "Вояджер" прошли через систему в 1979 году, ученые размышляли о возможности существования внутреннего океана внутри Европы, основываясь на особенностях ее поверхности. Это включало участки "молодого рельефа", расположенные рядом с более старым, покрытым кратерами рельефом, что указывает на регулярные обмены между поверхностью и внутренними районами. Зонды "Вояджер" заметили аналогичный молодой рельеф на Энцеладе, когда они пролетали мимо Сатурна в 1980 и 1981 годах (соответственно). Однако именно миссия "Кассини-Гюйгенс" обнаружила водяной пар и органические молекулы, выходящие из южной полярной области Энцелада в 2004 году. В течение следующих 13 лет орбитальный аппарат "Кассини" совершил еще несколько облетов Луны, получив дополнительные доказательства наличия внутреннего океана и источника энергии на границе ядра и мантии.
|
|
|
|
Эти находки поместили Энцелад в число "океанических миров", которые ученые хотят более внимательно изучить в будущих миссиях. Но, в отличие от других IOW, Энцелад особенно привлекателен из-за природы шлейфов вокруг его южного полюса. В то время как на Европе также наблюдается активность шлейфов, они более спорадичны и их трудно обнаружить. Из-за более высокой силы тяжести на Европе (~13% против 1% земной) водяной пар и выбрасываемый материал не проникают так далеко в космос. Как Берчелл сообщил Universe Today по электронной почте, сбор образцов из этих шлейфов кажется относительно простым, по крайней мере в теории. "Как и у всех IOWs, у него есть внутренний океан с большим количеством воды. Что находится в этой воде, является предметом многочисленных спекуляций и интереса", - сказал он. "И Энцелад выбрасывает струи воды в космос, что значительно облегчает любую космическую миссию, которая хочет взять пробы воды — вы можете просто пролететь сквозь шлейф".
|
|
|
|
Однако на практике (как всегда) все становится немного сложнее. В зависимости от того, насколько быстро продвигается миссия, воздействие, которое она окажет на материал шлейфа, будет значительно различаться. Как объясняет Берчелл, это может поставить под угрозу те самые образцы, которые пыталась получить миссия: "Проблема со сбором образцов на скорости заключается в том, что было проведено много испытаний с металлическими и минеральными снарядами, но меньше известно о реакции органики на высокоскоростные удары. Связи в органике будут разрушаться, но с какой скоростью? И какие связи будут первыми? Так что то, что вы получите в итоге для анализа, может не совпадать с тем, что было получено с Энцелада. Но с какими искажениями? Какова степень изменений? Понимание этого важно для любого успешного сбора образцов."
|
|
|
|
По словам Берчелла, моделирование того, как скорость космического аппарата повлияет на его способность собирать образцы, может быть выполнено одним из двух способов. С одной стороны, существует подход компьютерного моделирования, при котором команды полагаются на передовое программное обеспечение для моделирования столкновений и измерения результатов. Другой - "кинетический" подход, который заключается в стрельбе мелкими частицами по мишеням с нужной скоростью, а затем измерении силы удара. Берчелл и его команда предпочитают делать последнее. "В нашей лаборатории нам нравится стрелять предметами по мишеням", - сказал он. Их результаты ясно показали, что скорость сбора имеет решающее значение для отбора образцов. Однако они также обнаружили, что результаты варьируются от одного тела к другому. Сказал Берчелл:
|
|
|
|
"На орбите такого маленького тела, как Энцелад, оно довольно низкое. Но для более крупных IOW оно больше. И оно просто переходит в режим, когда шок от процесса столкновения в коллекции вызывает все более серьезные изменения в образцах. Если вы выполняете облет IOW, не выводя его на орбиту, вы снова работаете быстрее, и образцы испытывают больший шок. Это говорит о том, что низкоскоростной орбитальный сбор лучше всего подходит для образцов, не подвергшихся шоку, с минимальной обработкой. Но это требует большего проектирования космических аппаратов и ограничивает другие научные возможности, которыми вы могли бы заниматься. Это всегда компромисс." За пределами Солнечной системы есть несколько тел, где вода и другие летучие вещества выбрасываются из недр — явление, известное как криовулканизм. Эти тела значительно различаются по своим размерам и гравитационному притяжению, варьируясь от микрогравитации (менее или чуть более 1%) Мимаса и Энцелада до примерно 13-15% Европы, Титана и Ганимеда. В результате эти выводы могли бы помочь в разработке многих миссий по сбору проб, предназначенных для IOWs.
|
|
|
|
Источник
|
