До того как космический зонд приземлился на поверхность Венеры, существовала гипотеза о том, что на поверхности Венеры могут быть океаны. Но, как оказалось, Венера была слишком горячей для этого. Между тем, в атмосфере Венеры было обнаружено небольшое количество водяного пара.
Водные миры. Об Энцеладе, Европе и серендипности
Одна из неизбежных романтических целей освоения космоса — поиск внеземной жизни. Человечество становится более реалистичным, ресурсы и технические работы более дорогими, а ошибки более болезненными (хотя и менее частыми) — но мечта о поиске внеземной жизни остается вечно свежей, гуманистической и ефрейторской. Если только для того, чтобы найти бактерии.
Мне захотелось вернуться к этой теме сегодня, потому что, когда мы переводим такую мечту на практический уровень, первый вопрос: где нам искать внеземную жизнь? Пока что это кажется довольно очевидным: Там, где нет тепла и где есть жидкая вода.
Действительно, мы активно ищем и находим воду на Марсе и Луне, но мы не можем сказать, что климат там тепличный. Марсианские озера, вероятно, являются остатком древней гидросферы, в то время как вода на Луне может представлять больший интерес для местных производителей гелия, чем для экзобиологов.
Но в Солнечной системе есть места, где воды действительно много. Речь идет о крупных спутниках Юпитера и Сатурна. В последовательности Юпитера это: Европа, Ганимед и Каллисто, а у Сатурна есть самый интересный ледяной спутник — Энцелад. Некоторое время назад на Хабре появилась информация о физико-химических (или лучше сказать экологических) условиях Энцелада. Я думаю, даже не рассматривая вопрос о возможной обитаемости крупных спутников планет-гигантов, стоит поговорить о том, откуда берется вода, почему там так жарко и какую роль крупные спутники могут сыграть в будущих беспилотных и, возможно, пилотируемых исследованиях Солнечной системы.
Итак, давайте сформулируем, что мы знаем о воде в Солнечной системе.
Вода в жидком виде встречается в больших количествах на Земле, которая находится в обитаемой зоне. В остальной части Солнечной системы вода встречается в основном в виде льда, и там водяной лед смешивается с другими простыми соединениями, которые находятся в твердом состоянии из-за низких температур. К ним относятся сухой лед на Марсе, метановый снег на Плутоне и аммиачный лед на Церере. Парадоксально, но существование водяного льда на Меркурии было подтверждено в 2012 году — этот лед обнаружен в глубоких кратерах, куда почти не попадает солнечный свет. Вот изображение северной полярной области Меркурия — залежи льда выделены желтым цветом:
Кстати, уважаемый Зеленый Кот подробно говорил на эту тему — это было, когда я проходил мимо его лекции о последних открытиях в планетологии, которая проходила в Минске на возвышенности возле Института культуры. Я помню это событие как глоток воздуха или демонстрацию гикпикника; однако я все еще был далек от Хаббарда и читал отчеты Кота в основном в ZHG.
На Марсе (сухой) углекислый лед встречается в ассоциации с водяным льдом, но на Земле было обнаружено, что метановый лед откладывается довольно легко, образуя отложения на морском дне и вечную мерзлоту.
Кроме того, кометы состоят из различных форм льда, включая водяной лед, а также бесчисленных тел из пояса Койпера.
Поэтому лед, в том числе и водяной, является тривиальным и обычным явлением в ближнем космосе. Но жидкая вода — нет, она является ценным ресурсом, поскольку остается жидкой в пределах очень узкой обитаемой зоны… и на больших спутниках.
Вода на спутниках
Крупнейшие спутники Юпитера, открытые Галилеем, — Ганимед, Европа, Каллисто и Ио. Крупнейшие спутники Сатурна — Титан, Рея, Диона, Юпитер и Энцелад. Кроме них, Титан — второй по величине спутник в Солнечной системе (после Ганимеда), обладающий мощной атмосферой, а Энцелад — самый интересный в контексте данной статьи. Также обратите внимание на Тритон, самый большой спутник Нептуна.
Изображение взято отсюда. Горизонтальная линия показывает расстояние спутника от планеты (в миллионах километров).
Все газовые гиганты Солнечной системы имеют большое количество крупных спутников, и большинство из них богаты простыми водородными соединениями, особенно метаном и водой. Посмотрите, как размер некоторых из этих спутников соотносится с размером Земли:
Почему так тепло?
Юпитер и другие планеты-гиганты находятся далеко за пределами обитаемой зоны, и их спутники почти не получают солнечного тепла. Однако эти спутники, особенно Европа и ледяной Энцелад, похоже, имеют целые океаны соленой воды. Внутренности этих спутников нагреваются под действием приливных сил. На своей орбите спутник пытается покинуть свою планету, но планета удерживает его. Из-за большой разницы в «весовой категории» спутник слегка «сжимается» с каждым оборотом и, таким образом, нагревается. Самым интересным следствием этих приливных сил является даже не наличие воды в указанных телах, а уникальный вулканизм на Ио. Давайте сначала поговорим об этом конкретном спутнике.
Ио — одна из самых близких к Юпитеру лун, ее поперечник составляет около 3 660 км. Он был открыт Галилеем как один из первых четырех спутников Юпитера, наряду с Европой, Каллисто и Ганимедом. Ио обладает самой высокой вулканической активностью в Солнечной системе. В мире насчитывается около 400 действующих вулканов и около 10 активных вулканических регионов. В отличие от Луны и Марса, на Ио почти нет ударных кратеров, поскольку его поверхность очень молода, а существующие кратеры затоплены потоками серы. Температура поверхности Ио в некоторых районах достигает 320 градусов Цельсия, а вулкан Амирани является самым активным вулканом в Солнечной системе. Ио имеет тонкую атмосферу из сульфидных газов, а также, по-видимому, собственное магнитное поле и глубокие слои магмы, температура которых может достигать 650 градусов Цельсия.
Вся эта бурная вулканическая и магнитная активность обусловлена не распадом радиоактивных изотопов в литосфере, как на Земле, а главным образом приливными силами. Помимо вышеупомянутого влияния Юпитера, Ио попадает в зону приливного влияния Европы и Ганимеда из-за так называемого «орбитального резонанса». Вот что происходит со спутником, когда он перегревается под действием приливных сил. Однако на большем расстоянии от материнской планеты, при более слабом и одновременно более мелком приливном давлении, ситуация меняется. Спутник, сохранивший свое скальное основание, лишь слегка оттаял. Прежде чем мы перейдем к самому интересному — объяснению того, что изображено на CDPW, — давайте кратко опишем, откуда берется вода в таких небесных телах в больших количествах. Очевидно, что он не мог быть отложен кометами; Марс, где большая часть льда имеет кометное происхождение, очень сухой, а в данном случае речь идет об океане глубиной, возможно, в десятки километров на относительно небольшой луне.
Ученые объявили об открытии планеты размером с Землю, вращающейся вокруг карликовой звезды на достаточно большом расстоянии, чтобы на ней могла находиться жидкая вода.
Ученые объявили об открытии планеты размером с Землю, вращающейся вокруг карликовой звезды на достаточно большом расстоянии, чтобы на ней могла находиться жидкая вода.
Мокрое место: откуда в нашей вселенной вода
Вода в вашем стакане старше всего, что вы когда-либо видели в своей жизни; большинство ее молекул старше самого Солнца. Он образовался вскоре после воспламенения первых звезд, и с тех пор космический океан питается от их термоядерных печей. В подарок от древних звезд Земля получила свои океаны, а соседние планеты и спутники — ледники, подземные озера и глобальные океаны Солнечной системы.
Большой взрыв
Водород почти так же стар, как и сама Вселенная: Его атомы образовались, как только температура новорожденной Вселенной упала достаточно для существования протонов и электронов. С тех пор в течение 14,5 миллиардов лет водород был самым распространенным элементом во Вселенной, как по массе, так и по количеству атомов. Газовые облака, состоящие в основном из водорода, заполняют всю Вселенную.
В 2011 году астрономы обнаружили молодую солнцеподобную звезду в созвездии Персея, которая испускает целые фонтаны воды. Ускоренные сильным магнитным полем звезды, молекулы H20, выбрасываемые из недр звезды со скоростью, в 80 раз превышающей скорость пулемета, охлаждаются и превращаются в капли воды. Такие выбросы из молодых звезд, вероятно, являются одним из источников материи, включая воду, в межзвездном пространстве.
Первые звезды
В результате гравитационного коллапса облаков водорода и гелия возникли первые звезды, в которых начался ядерный синтез и образовались новые элементы, включая кислород. Кислород и водород дали начало воде, первые молекулы которой, возможно, образовались вскоре после формирования первых звезд — 12,7 миллиарда лет назад. В виде высокодисперсных газов он заполняет межзвездное пространство, охлаждая его и приближая рождение новых звезд.
В 2011 году астрономы обнаружили крупнейшее месторождение воды в космосе. Она была обнаружена возле гигантской древней черной дыры в 12 миллиардах световых лет от Земли. В нем содержится достаточно воды, чтобы заполнить океаны Земли в 140 триллионов раз! Однако астрономов интересует не количество воды, а возраст облака: расстояние до него позволяет предположить, что оно уже существовало, когда возраст Вселенной составлял десятую часть ее нынешнего возраста. Это означает, что часть межзвездного пространства уже в то время была заполнена водой.
До сих пор предполагалось, что на поверхности Венеры и Марса можно найти водоемы и водные каналы. С развитием телескопического анализа и появлением других методов наблюдения это было опровергнуто. Однако вопрос о том, была ли вода на Марсе в далеком прошлом, все еще остается предметом научных дебатов.
Открытие новой планеты: размер и состав
Сравнение нашей Солнечной системы с 5-планетной системой Kepler-186.
Kepler-186f на 10 процентов больше Земли. Ученые подтвердили размер планеты, измерив, сколько света было заблокировано, когда она проходила перед своей родительской звездой.
Масса и состав Kepler-186f пока не известны ученым, но они предполагают, что у него каменистая поверхность, подобная тем, что встречаются на планетах, похожих на Землю.
Впечатление художника о Kepler-186f как о холодной планете с мелкими океанами по сравнению с Землей.
