Поверхность лун Юпитера и Сатурна оказалась экстремально пористой

У Юпитера и Сатурна немало очень крупных лун, диаметром в тысячи километров. Каждая из этих планет имеет спутник диаметром больше такой планеты земной группы, как Меркурий (речь о Ганимеде и Титане). И это, и наличие на них подледных океанов делает такие тела перспективными для научных исследований.

Новая работа, чей текст опубликовали на сервере препринтов Корнелльского университета показала, что подобные миссии могут наткнуться на невидимые подводные камни как минимум на части таких тел. Анализ снимков этих тел в ИК-диапазоне показал, что у их поверхности очень низкая тепловая инерция. То есть по мере вращения ночная сторона такого тела остывала быстрее, а дневная — нагревалась быстрее, чем ожидали.

Основываясь на скорости изменения температур, авторы попробовали посчитать плотность верхних слоев наблюдавшихся спутников и получили удивительные значения. Для больших лун Юпитера верхний десяток миллиметров — водный лед с экстремальной пористостью в 85 процентов. То есть ее плотность как у пенопласта. Даже на глубине в метр она не падает ниже 50-70%, все еще напоминая по механическим качествам плотный снег, а не знакомый нам лед. Подобная очень высокая пористость не означает, что любой посадочный аппарат провалится по-настоящему глубоко. Дело в том, что там очень малая гравитация — не более 1/7 от земной, что затруднит проваливание.

Но вот для тяжелых роботизированных платформ ситуация может измениться. И не только потому, что им проще провалиться в хрупкий и пористый лед. Важен еще один фактор: если на спутнике нет плотной атмосферы, как на Титане (его работа как раз из-за плотной атмосферы не затрагивала), спускаться придется на тяге ракетных двигателей. Их раскаленные газы могут частично унести экстремально пористый лед из-под аппарата, или сделать его менее твердым, чем обычно.

В обоих случаях стоит задуматься об увеличении площади поверхностных опор и увеличении расстояния между ними. Еще в большей степени это верно для посадки на поверхности лун Юпитера и Сатурна пилотируемых кораблей. Хотя пока такая перспектива кажется далекой, текущий уровень разрабатываемых космических кораблей в принципе позволяет подобные экспедиции в этом столетии.

Осторожность нужна будет и для планетоходов в условиях Ганимеда или Каллисто и им подобных ледяных лун. Перемещения по льду с плотностью снега могут привести к пробуксовке и застреванию колесного аппарата. Хорошо известно, что именно такие пробуксовки (и поднимаемый ими реголит) губят планетоходы начиная с советских луноходов и до американских марсоходов.

Не совсем ясно и то, можно ли их заменить гусеничной техникой. Если пористый лед будет набиваться между катками, со временем это может лишить подвижности и их. Третий активно разрабатываемый тип шасси планетоходов — «прыгающий», при котором аппарат резко взмывает над поверхностью и делает прыжок в сторону (такие создают для Луны). Но не будут ли они погружаться в суперрыхлый лед спутников планет-гигантов? Точный ответ на этот вопрос еще только предстоит получить.

Еще радикальнее ситуация на ледяных лунах Сатурна. Там пористость выше 85 процентов на глубинах уже в метр. А в 70-80 процентов — и глубже. Это не только усугубляет сложности с передвижением, но и создает вопросы при глубоком бурении (чтобы добраться до местных подледных океанов). Головная часть бура может проделать отверстие, в которое начнет оседать особо рыхлый лед. Это тоже желательно учесть при подготовке миссии глубокого бурения.

Отчего между лунами Юпитера и Сатурна такая разница — непонятно. Да, у первых выше сила тяжести, но согласно моделированию, сила тяжести не может так сильно изменить ситуацию в смысле плотности льда сама по себе.

Дополнительную неопределенность, отметили авторы, вносит то, что внешними наблюдениями не понять, на какой именно глубине происходит переход в плотности и резкий ли он или плавный. Наконец, загадочна сама причина, по которой внешний слой спутников настолько экстремально пористый. Исследователи рассматривают разные гипотезы — например, что реголит на поверхности ледяных лун такой рыхлый из-за постоянного притока микрометеоритов, часто бьющих по телам, лишенным заметной атмосферы.