Эксперимент поставил под сомнение посадку на ледяных спутниках Юпитера и Сатурна

Когда вода вырывается на поверхность ледяных спутников Юпитера и Сатурна, она может превращаться не в твердый монолит, а в рыхлый лед, напоминающий по текстуре слоеное тесто. И это создает серьезную проблему для будущих космических миссий с посадкой на далеких лунах.

Таковы результаты эксперимента, приведенные в журнале Earth and Planetary Science Letters. Авторы представили их на Генеральной ассамблее Европейского союза наук о Земле.

В условиях низкого давления вода замерзает, образуя хрупкие слоистые плиты толщиной до 20 сантиметров. С учетом низкой гравитации на спутнике Юпитера Европе это будет соответствовать рыхлому льду толщиной в несколько метров. А на спутнике Сатурна Энцеладе толщина такого льда может достигать 20 метров. Космический аппарат, садящийся на подобную поверхность, рискует провалиться прямо сквозь ее хрупкие слои.

«Если поверхность действительно покрыта таким высокопористым, непрочным водяным льдом, это определенно создаст серьезные инженерные проблемы. Придется пересматривать сами типы посадочных механизмов, которые мы считали подходящими для Европы», — комментирует планетолог Ингрид Добар из Университета Брауна, научный сотрудник миссии Europa Clipper.

Это сравнительно простое исследование «кажется, уже давно должны были провести», считает геофизик Войтех Паточка из Карлова университета. Он и его коллеги поместили аквариум с водой внутрь большой вакуумной камеры. Температуру и давление там снизили до значений, имитирующих условия на поверхности внешних спутников Солнечной системы. А затем просто снимали происходящее на видео.

Вот что они увидели: когда внешнего давления недостаточно, чтобы удерживать воду в жидком состоянии, она сначала начинает кипеть. На ее поверхности образуются тонкие ледяные слои. Пар прорывается сквозь эти корки, как это происходит в слоеном тесте при выпечке. Корки изгибаются, ломаются и стремительно приподнимаются. Слой за слоем нарастает конструкция, напоминающая по своей хрупкой структуре осиное гнездо. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вес вышележащего льда не подавляет кипение. Только после этого оставшаяся вода замерзает окончательно.

Вакуумную камеру, в которой ставились опыты, экспериментаторы ласково назвали «Джордж». Ее размеры достаточны, чтобы внутрь мог забраться человек (и Паточке приходилось делать это не раз — убираться после экспериментов). Большинство вакуумных камер малы и не рассчитаны на работу с таким количеством влаги и беспорядка.

«Ученые и раньше замораживали небольшое количество воды в подобных условиях, но это первые опыты с таким большим объемом замерзающей жидкости», — признает Добар.

Паточка полагает, что такой хрупкий слоисто-ячеистый лед может возникать там, где криовулканы выбрасывают воду из подповерхностных океанов спутников прямо на поверхность. Если рыхлый лед действительно существует на Европе, его пористые слои должны иметь характерную радиолокационную сигнатуру, которую Clipper сможет засечь. Это позволит увести будущие спускаемые аппараты подальше от полей «свежей выпечки» — которые для инженеров окажутся отнюдь не сладкими.