02.03.2025. - Отбор проб из подповерхностного океана Энцелада

Отбор проб из подповерхностного океана Энцелада

Как мы можем исследовать спутник Сатурна, Энцелад, включая его поверхностный и подземный океаны, с целью потенциального обнаружения жизни в том виде, в каком мы ее знаем? Именно на это направлено недавнее исследование, представленное на осеннем собрании Американского геофизического союза (AGU 2024). Команда студентов и исследователей предложила концепцию миссии "Тепловое исследование геотермальных районов Энцелада" (TIGRE), которая предназначена для проведения углубленного исследования Энцелада с помощью орбитального аппарата, посадочного модуля и буровой установки, а также закладки основы для будущих миссий к ледяным спутникам по всей Солнечной системе.

В этой статье Universe Today обсуждает концепцию этой невероятной миссии с Прабхлин Коур, старшеклассницей средней школы Ривер-Вэлли в городе Юба, Калифорния, и ведущим автором исследования, о мотивации TIGRE, о том, как TIGRE может улучшить результаты завершенной миссии НАСА "Кассини", о потенциальных местах посадки на Энцелад, как TIGRE может улучшить полеты на другие ледяные луны, следующие шаги по воплощению TIGRE в жизнь и считает ли она, что на Энцеладе есть жизнь.

Мотивация, стоящая за TIGRE

"Миссия TIGRE зародилась в то время, когда мы участвовали в программе НАСА "STEM Enhancement in Earth Science" (SEES) в сотрудничестве с Центром космических исследований Калифорнийского университета в Остине", - говорит Коур. "В рамках нашей стажировки перед нашей командой была поставлена задача спроектировать космическую миссию в пределах нашей Солнечной системы на основе нескольких заданных параметров. Разработанная миссия должна была соответствовать текущей работе, выполняемой НАСА, но отдельно от активных миссий, таких как Europa Clipper.

"Точно так же основной объект нашей миссии, Энцелад, и наши цели, связанные с ним, должны были быть выбраны в соответствии с Десятилетним обзором, который определяет, какие миссии и приоритеты есть у космических агентств. В нашем случае мы были вынуждены исследовать небесное тело, на котором могли быть признаки жизни".

Концепция миссии TIGRE появилась более чем через семь лет после того, как миссия НАСА "Кассини-Гюйген" завершилась преднамеренным погружением к Сатурну, в результате чего "Кассини" развалился на части в атмосфере Сатурна. Во время своей легендарной миссии "Кассини" потратил более 13 лет на проведение самых глубоких исследований Сатурна и его многочисленных спутников, включая Титан, Мимас, Атлас, Дафнис, Пандору, Япет, Рею, Диону, Пан, Гиперион и Энцелад.

Из этих спутников Титан и Энцелад - единственные, которые демонстрируют потенциальные условия для жизни, поскольку Титан - единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой и озерами жидкого метана и этана, в то время как Энцелад может похвастаться большим подземным океаном, который выбрасывает гейзеры жидкой воды из своих больших расщелин в недрах. южный полюс, получивший название "Тигровые полосы".

Именно гейзеры Энцелада "Кассини" не только обнаружил, но и дважды пролетел мимо них во время своей миссии, обнаружив воду, углекислый газ и мириады углеводородов и органических веществ, плотность последнего из которых в 20 раз превышала прогнозируемую.

Как TIGRE улучшает результаты миссии Cassini

"Несмотря на то, что полет Cassini был невероятным и предоставил нам отличную информацию, TIGRE стремится максимально близко познакомиться с секретами Энцелада", - говорит Кур. "Поскольку "ТИГРЕ" спроектирован так, чтобы находиться на поверхности Энцелада, он получит больше информации "изнутри", чем "Кассини".

"Cassini уже помог нам идентифицировать органические молекулы, содержащиеся в океане. Теперь мы хотим изучить другие факторы, которые могут сделать возможной жизнь на Энцеладе. Мы планируем определить местонахождение любых потенциально интересных регионов и стабильность обитаемых зон, проанализировать образцы на наличие органических/неорганических индикаторов пребиотических форм жизни и использовать наши результаты для будущих миссий.

"Миссия TIGRE включает в себя разработку буровой установки, которая достигнет поверхности океана и соберет пробы воды на наличие таких элементов, как ЧОНПЫ".

Тигровые полосы Энцелада состоят из четырех основных элементов, официально названных Дамасской бороздой, Багдадской бороздой, Каирской бороздой и Александрийской бороздой, и более мелкого элемента, ответвляющегося от Александрийской борозды, называемого Камфорной бороздой (борозда - множественное число от борозды и астрогеологический термин, означающий параллельные хребты), и ответственны за гейзеры, которые выбрасывают энергию Энцелада. внутренний океан выходит в космос.

Толщина льда в этом регионе, по оценкам, составляет приблизительно 5 километров (3,1 мили). Поскольку одной из основных целей миссии TIGRE является получение проб океана с помощью бурения и выявление потенциальных признаков жизни, команда выбрала Тигровые полосы в качестве потенциальных посадочных площадок для корабля, который мог бы приземлиться и взять пробы океана.

Для достижения этой цели команда определила конкретные критерии места посадки, которые позволят добиться максимального успеха миссии, включая посадку на относительно ровной местности рядом с гейзером, но не непосредственно на гейзер, чтобы избежать повреждения из-за неровностей местности или разрушения во время активности гейзера. Кроме того, они определили, что для минимизации количества льда, которое придется пробуравливать буровому прибору для получения образцов, будет необходим участок с низкой высотой.

В конце концов, команда выбрала основную посадочную площадку, расположенную недалеко от Багдадской полосы, которая соответствовала их критериям приземления, расположенную примерно в 6,4 километрах (4 милях) от гейзера и на высоте около 450 метров (1476 футов), а также возможные запасные посадочные площадки.

"Наше решение совершить посадку вблизи Багдадской полосы было обусловлено следующим: ровной местностью для предотвращения повреждения посадочного модуля, близостью к гейзеру и небольшой высотой над уровнем моря для минимизации расстояния бурения", - говорит Кур. "Любое другое место, отвечающее этим требованиям, рассматривалось в качестве запасного.

"Мы проанализировали множество различных мест на четырех полосах, и несколько из них соответствовали требованиям, предъявляемым к Каирской полосе. Более конкретно, одно из интересующих нас мест находилось между большим и меньшим гейзерами на Каирской полосе. Однако, поскольку это место на Багдадской полосе было расположено недалеко от множества других гейзеров меньшего размера, мы выбрали именно Багдад".

Как уже отмечалось, Энцелад - не единственный спутник Сатурна, на котором, как считается, потенциально есть жизнь, поскольку его крупнейший спутник, Титан, имеет плотную и туманную атмосферу, вызванную специфическими химическими реакциями, которые, как предполагают ученые, существовали на ранней Земле. Кроме того, его озера жидкого метана и этана также стали главной мишенью для астробиологов.

За пределами системы Сатурна по всей Солнечной системе существуют другие ледяные спутники, на которых потенциально когда-то была жизнь или может быть жизнь сегодня, включая спутники Юпитера Европу и Ганимед, и оба они свидетельствуют о наличии подземных океанов, циркулирующих под их ледяными корками.

Приблизившись к Солнцу и оказавшись внутри главного пояса астероидов, карликовая планета Церера вращается вокруг своей орбиты, на которой космический аппарат НАСА Dawn обнаружил замерзшие соли, вызванные процессом, известным как криовулканизм. Современные модели обсуждают внутреннее строение Цереры, но предполагается, что давным-давно на ней была жидкая вода.

Наконец, мы отправились к внешним частям Солнечной системы, вращающимся вокруг спутника Нептуна Тритона, на поверхности которого космический аппарат НАСА "Вояджер-2" обнаружил активные гейзеры, состоящие из криогенных озер. Поскольку одной из основных задач TIGRE является совершенствование будущих миссий на ледяные луны, как она будет этого добиваться?

"Миссия поможет усовершенствовать технологии дистанционного зондирования, вывода на орбиту, посадки и термического бурения, создав прецедент для будущих исследований", - говорит Кур. "TIGRE состоит из трех основных компонентов: орбитального аппарата, посадочного модуля и буровой установки. Этот дизайн не ограничивается только поверхностью Энцелада. Вместо этого, этот дизайн может быть применим ко многим другим ледяным поверхностям, в том числе на Земле, таким как Антарктида и другие ледяные луны.

"Данные, полученные с помощью устройств для отбора проб спускаемого аппарата, термобура и дистанционного зондирования с орбитального аппарата, позволят получить исчерпывающее представление о составе и формировании подповерхностного океана Энцелада. Эти находки также могут помочь нам лучше понять другие ледяные спутники, расширив наши знания о потенциально пригодных для жизни средах во внешней части Солнечной системы".

Как недавно обсуждала Universe Today с концепцией миссии VATMOS-SR, на то, чтобы космическая миссия превратилась из концепции в реальность, может потребоваться от нескольких лет до десятилетий, что включает в себя множество этапов, включая проектирование, финансирование, тестирование, редизайн и повторное тестирование, пока она, наконец, не будет построена и запущен. За этим следуют несколько лет путешествий к месту назначения, прибытия и, наконец, сбора научных данных.

Например, миссия "Кассини-Гюйгенс" была впервые предложена в 1982 году и была запущена только в 1997 году, за это время она претерпела несколько лет исследований и менялась местами между одиночной миссией НАСА и совместной миссией НАСА и Европейского космического агентства, выбор последней из которых был решен.

После запуска в 1997 году "Кассини", наконец, достиг Сатурна в июле 2004 года, посадив зонд Гюйгенса на Титан в январе 2005 года, и до 2017 года занимался сбором огромного количества изображений и данных о Сатурне и его многочисленных спутниках, даже обнаружил несколько спутников по пути и погрузился в шлейфы Энцелада. Учитывая путешествие, которое пережил "Кассини", каковы следующие шаги по воплощению "ТИГРЕ" в реальность?

"Одним из первых шагов на пути к превращению TIGRE в реальность является ожидание завершения миссии Europa Clipper", - говорит Кур. "В ожидании завершения миссии мы сможем увидеть, что сработало, а что нет, чтобы собрать полезные образцы, и что не помогло ориентироваться в суровых условиях космоса.

"В то же время мы можем отстаивать важность поиска жизни для увеличения бюджета НАСА на активные миссии. Это само по себе стало бы шагом на пути к запуску миссии TIGRE, поскольку открыло бы ресурсы для совершенствования и тестирования основных компонентов нашей миссии (орбитального аппарата, спускаемого аппарата и буровой установки) в условиях экстремального холода, океанских вод и радиации".

Как уже отмечалось, Энцелад является главной целью для астробиологов в поисках жизни за пределами Земли из-за его обширного подповерхностного океана, циркулирующего под его ледяной оболочкой. Как показано здесь, на Земле, жидкая вода приводит к возникновению жизни в том виде, в каком мы ее знаем, поэтому наличие на Энцеладе океана с жидкой водой, даже подземного, является убедительным показателем того, что на нем потенциально может быть жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.

Углеводороды, обнаруженные "Кассини", когда космический аппарат пролетал сквозь шлейфы Энцелада, включали углеродсодержащие молекулы, такие как формальдегид, ацетилен, пропан и метан, что свидетельствует о гидротермальной активности, происходящей на дне океана Энцелада, во многом схожей с гидротермальной активностью, существующей на дне океана Земли, особенно в отношении воды и горных пород. взаимодействия, которые происходят и здесь. Таким образом, по мнению Кур, есть ли жизнь на Энцеладе и какие виды жизни она ожидает найти в потенциальных образцах ТИГРЕ?

"Нет никаких оснований утверждать, что на Энцеладе может быть жизнь", - говорит Кур. "Как упоминалось ранее, Энцелад обладает ключевыми компонентами, необходимыми для жизни, и обладает энергетической активностью, которая делает возможность существования жизни более вероятной.

"В глубинах океанов Энцелада вполне может существовать жизнь. Однако мы не хотим однозначно утверждать, что там что—то есть, поскольку существует множество факторов - разреженная атмосфера, другие химические вещества, которые, возможно, не были обнаружены Cassini, и условия окружающей среды.

"Если там есть жизнь, и она похожа на земную, мы могли бы ожидать, что она находится в близком родстве с археями. Представители этой области довольно примитивны и одноклеточны, что согласуется с нашей гипотезой о том, что на Энцеладе может существовать простая форма жизни. Однако он также может выжить в суровых условиях, таких как экстремально низкие температуры на Луне и радиация".

Источник