Поверхность лун Юпитера и Сатурна оказалась пористой

Поверхность ледяных спутников Юпитера и Сатурна оказалась совсем не такой, как мы представляли: это не гладкий каток из привычного нам льда, а экстремально пористый, «пушистый» материал, больше напоминающий свежевыпавший снег, ледяную пудру или даже пенопласт. К такому выводу пришли астрономы, проанализировавшие данные о том, как быстро нагреваются и остывают эти далёкие миры. Оказалось, что ночная сторона спутников остывает, а дневная — нагревается гораздо быстрее, чем должно быть у сплошного водяного льда. Это явление описывается параметром «тепловая инерция», и у верхнего слоя (первые миллиметры) ледяных лун он оказался аномально низким — от 9 до 20 единиц против ~2000 у монолитного льда. Единственное правдоподобное объяснение: поверхность состоит из мельчайших частиц водяного льда (меньше 1 мм), которые почти не соприкасаются друг с другом, образуя структуру с пористостью свыше 80–85%. То есть более 80% объёма — это пустоты.

При этом ситуация меняется с глубиной: уже на глубине около сантиметра тепловая инерция растёт, что указывает на уплотнение реголита. Получается своеобразная «слоёная» структура: сверху — воздушная ледяная «вата», ниже — более плотный, но всё ещё очень пористый слой (50–70% пористости даже на глубине метра у спутников Юпитера). Интересно, что гравитация на таких телах слишком мала (не более 1/7 земной), чтобы самостоятельно уплотнить материал на таких масштабах, поэтому учёные предлагают три механизма формирования такой структуры: постоянное осаждение нового мелкодисперсного материала сверху, «взбивание» поверхности микрометеоритами, которые дробят лёд в крошку, и медленную перестройку льда из-за перепадов температур (так называемая температурно-градиентная метаморфоза, похожая на процессы в земной морозилке, когда лёд испаряется и осаждается заново).

Эти открытия имеют прямое практическое значение для будущих миссий. Посадочный аппарат, ступающий на такую поверхность, рискует не столько «провалиться» (малая гравитация этому препятствует), сколько столкнуться с другими сложностями: если у спутника нет плотной атмосферы (как, например, у Европы или Каллисто), спуск будет осуществляться на ракетной тяге, а раскалённые выхлопные газы двигателей могут легко унести или разрыхлить и без того хрупкий поверхностный слой. Поэтому инженерам, возможно, придётся увеличивать площадь опор посадочных модулей и расстояние между ними. Ещё сложнее будет планетоходам: колёса могут буксовать в рыхлом льду, поднимая облака реголита, которые опасны для механизмов (опыт луноходов и марсоходов это подтверждает). Гусеничная техника тоже под вопросом: пористый лёд может набиваться между катками, со временем обездвиживая аппарат. Даже перспективные «прыгающие» роверы, разрабатываемые для Луны, могут увязать в суперрыхлой среде.

Особенно радикальна ситуация на спутниках Сатурна (например, Энцеладе или Тефии): там пористость выше 85% сохраняется уже на глубине метров, а значения 70–80% фиксируются и глубже. Это не только усложняет передвижение, но и создаёт риски при бурении — например, при попытке добраться до подлёдных океанов. Стенки скважины могут осыпаться, а рыхлый лёд — оседать в отверстие, мешая работе бура.

Пока остаётся не до конца ясным, почему между спутниками Юпитера и Сатурна наблюдается такая разница в плотности реголита: гравитация у первых выше, но моделирование показывает, что одной только силы тяжести недостаточно для столь существенного уплотнения. Также внешними наблюдениями трудно определить, насколько резок переход между слоями разной плотности и на какой именно глубине он происходит. Наконец, загадкой остаётся и сама причина экстремальной пористости: возможно, ключевую роль играет «липкая» природа водяного льда в сочетании со слабой гравитацией, которая позволяет мелким частицам формировать устойчивые, но очень рыхлые структуры, не схлопывающиеся под собственным весом.

Всё это делает ледяные спутники одновременно и чрезвычайно интересными, и технологически сложными целями для исследования. Понимание физической природы их реголита — не просто академический вопрос, а необходимое условие для успешного проектирования посадочных платформ, роверов и буровых систем будущих миссий, которые, возможно, откроют нам тайны подлёдных океанов и потенциальной жизни за пределами Земли.