В Солнечной системе существует несколько небесных тел, которые ученые называют «океаническими мирами». Это планеты или спутники, под поверхностью которых скрываются огромные резервуары жидкой воды. Такие океаны могут находиться под толстыми слоями льда и оставаться изолированными от поверхности миллионы или даже миллиарды лет.
К наиболее известным океаническим мирам относятся спутники Юпитера — Европа и Ганимед, а также спутник Сатурна Энцелад. Есть предположения, что подледные океаны могут существовать и на других телах: Каллисто, Титане, Ариэле, Диона, Тритоне и даже карликовой планете Церера.
Интерес к таким объектам огромен. Если в их недрах действительно есть жидкая вода, источник энергии и необходимые химические элементы, то там могут существовать условия, пригодные для жизни. Поэтому исследование океанических миров считается одним из важнейших направлений современной астробиологии.
Космический инструмент нового поколения
В будущем изучать такие объекты может помочь новый научный прибор — спектрополяриметр Pollux. Его предлагают установить на перспективной космической обсерватории Habitable Worlds Observatory, которая станет наследницей знаменитых телескопов Hubble, Spitzer и James Webb.
Pollux представляет собой высокоточный спектрограф, способный анализировать свет в очень широком диапазоне — от дальнего ультрафиолета до ближнего инфракрасного излучения. Прибор сможет измерять не только спектр света, но и его поляризацию — направление колебаний световых волн.
Такие измерения особенно ценны, потому что поляризация несет дополнительную информацию о свойствах вещества, с которым взаимодействует свет. Благодаря этому ученые смогут получать данные о структуре поверхностей ледяных спутников, составе их льда и особенностях атмосфер.
Что можно узнать по отраженному свету
Когда солнечный свет падает на поверхность небесного тела, он может отражаться, рассеиваться или поглощаться. В процессе отражения часть света становится поляризованной.
Степень и направление этой поляризации зависят от свойств поверхности — например:
- размера ледяных частиц;
- пористости и шероховатости поверхности;
- химического состава;
- наличия примесей.
Наблюдая за тем, как меняется поляризация света при разных углах освещения, ученые могут делать выводы о микроскопической структуре льда.
Например, известно, что у тел с мелкими и рыхлыми ледяными зернами поляризационные эффекты выражены сильнее. А яркие поверхности с высоким альбедо, наоборот, дают более слабую поляризацию. Такие различия помогают понять, как формировалась и изменялась поверхность спутников.
Особый интерес представляют области, где материал из подледного океана может выходить на поверхность. Если такие процессы происходят, их следы могут проявляться в необычных поляризационных характеристиках льда.
Гейзеры и обмен веществом
Некоторые океанические миры уже демонстрируют признаки активных процессов.
Например, на Энцеладе наблюдаются мощные гейзеры, выбрасывающие в космос водяной пар, ледяные частицы, соли и органические соединения. На Европе также обнаружены признаки возможных выбросов вещества из внутренних слоев.
Если такие процессы происходят регулярно, они создают естественную связь между подледным океаном и поверхностью. Это делает такие спутники особенно интересными для поиска следов потенциальной жизни.
Наблюдения Pollux смогут фиксировать химические следы таких выбросов и изучать отложения вещества на поверхности.
Полярные сияния на спутниках Юпитера
Еще одна задача прибора — исследование полярных сияний на спутниках планет-гигантов.
Например, у Ганимеда наблюдаются сложные структуры полярных сияний, возникающие из-за взаимодействия его магнитного поля с плазмой магнитосферы Юпитера. Эти сияния формируются, когда заряженные частицы возбуждают атомы кислорода в разреженной атмосфере спутника.
Космический аппарат Juno уже обнаружил тонкие светящиеся «занавеси» сияний высотой десятки километров. Поляриметрические измерения могут дать новую информацию о потоках электронов и структуре магнитного поля, которые создают эти явления.
Загадочная атмосфера Титана
Особый интерес представляет и Титан — крупнейший спутник Сатурна. В отличие от большинства ледяных миров, он обладает плотной атмосферой и густой фотохимической дымкой.
Наблюдения показали, что свет в его атмосфере сильно поляризован, особенно в синей части спектра. Это связано с тем, что частицы аэрозолей рассеивают свет особым образом.
Благодаря высокоточному спектрополяриметру ученые смогут более точно определить размер, форму и распределение этих частиц. Это поможет лучше понять химические процессы, происходящие в атмосфере Титана.
Новые возможности для исследования океанических миров
Сегодня поляриметрические наблюдения ледяных спутников проводятся редко и в основном с наземных телескопов. Однако их возможности ограничены атмосферой Земли и сравнительно узким диапазоном длин волн.
Pollux сможет одновременно изучать свет от ультрафиолета до инфракрасного диапазона и делать это с высокой спектральной точностью. Такой подход позволит гораздо подробнее исследовать:
- структуру ледяных поверхностей;
- химический состав отложений;
- свойства атмосфер и экзосфер;
- взаимодействие спутников с магнитосферой планет.
В итоге новый прибор может стать важным инструментом для изучения океанических миров и поиска условий, пригодных для жизни.
Если проект Habitable Worlds Observatory будет реализован, ученые получат уникальную возможность заглянуть в скрытые океаны ледяных спутников и узнать больше о том, могут ли они быть обитаемыми.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
