Миссия к Европе — Клипер.

С пусковой площадки Космического центра Kennedy Space Center во Флориде — среди пышных водно-болотных угодий и в виду прибоя Атлантического океана — 14 октября 2024 года в ясное голубое небо взмыла миссия, предназначенная для исследования иного водного мира. Вырвавшись из гравитационной гавани нашей планеты на огнедышащей ракете Falcon Heavy компании SpaceX, космический аппарат Europa Clipper, созданный NASA, теперь держит курс к системе Юпитера.

Её цель — Европа, покрытая льдом луна, которая, возможно, даёт человечеству лучший шанс во всей Солнечной системе обнаружить жизнь за пределами Земли. В недрах Европы, как предполагается, скрывается солёный океан, охватывающий всю луну и обладающий всем необходимым для возникновения и поддержания жизни в привычном нам виде: энергией, химией и водой. Более того, считается, что в этом скрытом океане воды больше, чем во всех земных морях и океанах вместе взятых.

На протяжении десятилетий эта луна очаровывала охотников за внеземной жизнью. Но отправка космических аппаратов для разведки чужих морей — дело не из лёгких и не для нетерпеливых. Путешествия к внешним пределам Солнечной системы длятся столь долго, что многие учёные, начинающие такие проекты, понимают: они, возможно, не доживут до их завершения.

«Я часто сравниваю такие миссии с современными соборами — это поиски, растянутые на поколения», — сказала Лори Лешин, директор Jet Propulsion Laboratory, возглавлявшей создание Europa Clipper, на предпусковом брифинге. — «Я горжусь тем, что человечество выбирает такие сложные и долгосрочные цели — вроде исследования неизвестного у Юпитера».

Запуск Clipper, ставший итогом более чем двадцатилетней кропотливой подготовки, — лишь первый шаг во второй половине истории аппарата стоимостью 5,2 миллиарда долларов. Путь к внешней Солнечной системе, ускоренный спиральной траекторией с гравитационными манёврами у Земли и Марса, составит 1,8 миллиарда миль и займёт около шести лет. Достигнув системы Юпитера в 2030 году, аппарат начнёт сложные витки вокруг гигантской, терзаемой бурями планеты, проходя мимо Европы 49 раз за четыре года.

Освещённые лишь бледными осколками солнечных лучей, Юпитер и прочие миры внешней Солнечной системы остаются царством тайн. Но миссия Клипер знаменует начало эпохи, в которой подповерхностные океаны этих миров начнут проступать всё отчётливее. Учёные уже устремляют взгляд не только к Европе, но и к другим ледяным спутникам с океанами — таким как Титан и Энцелад, — каждый из которых может быть пригоден для жизни (и, возможно, обитаем) уже сегодня.

«Это движение к исследованию совершенно нового класса объектов — океанических миров, о существовании которых мы ещё пару десятилетий назад даже не догадывались», — говорит Роберт Паппалардо из JPL. — «И мы будем подробно изучать, что представляет собой такой тип мира — возможно, самый распространённый тип среды обитания жизни не только в нашей Солнечной системе, но и во всей галактике».

Если судить по нашей системе, такие небольшие ледяные спутники значительно превосходят по численности планеты — и способны перевернуть наши представления о том, где может процветать жизнь. Задача Клипера — выяснить, действительно ли Европа пригодна для обитания: подтвердить, что под её ледяной корой скрывается океан, где на протяжении миллиардов лет могли созревать исходные компоненты биологии. Участники миссии почти уверены, что обнаружат благоприятное для жизни море, но до тех пор, пока аппарат не прибудет и не выполнит свою работу, уверенности быть не может.

С девятью научными инструментами на борту Clipper будет изучать необычную химию Европы, составит подробные карты её ледяной, хаотичной поверхности, будет искать загадочные шлейфы водяного пара, устремляющиеся в космос, и с помощью проникающего сквозь лёд радара попытается обнаружить озёра внутри замёрзшей оболочки. Всё это — если его защищённая электроника, как выяснилось в последний момент, более уязвимая к губительному излучению Юпитера, чем ожидалось, — выдержит предстоящее испытание.

«Миссии вроде Clipper опираются на всё, что было сделано прежде», — говорит Элизабет Тёртл из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, руководящая одной из команд камер аппарата. Она же возглавляет миссию Dragonfly к Титану, запуск которой запланирован не ранее 2028 года. — «Нам невероятно повезло иметь столь разнообразный набор миров во внешней Солнечной системе, способных дать нам массу сведений о том, как по-разному могут эволюционировать подобные океанические тела».

В 1609 году Европа была лишь искрой в глазах Галилео Галилей, когда он направил самодельный телескоп на Юпитер и заметил несколько крошечных светящихся точек. Проследив их движение, Галилей правильно заключил, что это не далёкие звёзды, а крупнейшие спутники Юпитера.

Теперь, спустя четыре столетия, Европа, Ио, Ганимед и Каллисто — так называемые галилеевы спутники — бросают вызов устаревшим представлениям о том, где могут существовать мягкие, пригодные для жизни условия. Когда-то учёные полагали, что обитаемость зависит главным образом от расстояния до звезды и её тепла; считалось также, что внешняя Солнечная система — это холодное царство, лишённое значительной геологической активности на протяжении эонов.

«В первые экспедиции к внешней Солнечной системе даже трудно было представить, что мы будем искать там пригодные для жизни среды», — говорит Кёрт Нибур. — «Это просто не укладывалось в нашу картину мира».

Но в 1979 году два космических аппарата программы Voyager, запущенные NASA, пронеслись мимо Юпитера и открыли «странные новые миры огня и льда»: непрекращающиеся вулканические извержения на Ио, поверхности Ганимеда, возраст которых различается на миллиарды лет, удивительно молодую ледяную кору Европы — и загадочные намёки на то, что под ней, возможно, что-то плещется.

Затем, в 1995 году, аппарат Galileo вышел на орбиту Юпитера, чтобы пристально изучить планету и её спутники. Зонд обнаружил, что галилеевы луны, согреваемые гравитационными взаимодействиями с Юпитером и друг с другом, буквально кишат геологической активностью. Ио оказался самым вулканически активным объектом в Солнечной системе; подвижный рельеф Европы намекал на нечто, напоминающее тектонику плит, — процессы, обновлявшие её замёрзшее лицо и уводившие вещество с поверхности в глубины. А неясный намёк на водную внутренность? Он превратился почти в неопровержимое доказательство существования скрытого глобального солёного океана — пусть и неизвестной глубины — заключённого в ледяной оболочке неясной толщины.

Теперь, опираясь на эти наблюдения и на исследования океанических спутников Сатурна, становится ясно: биологический потенциал мира определяется не только расстоянием до его звезды — а возможно, и вовсе не зависит от солнечного света, если уроки, которые мы извлекаем, изучая жизнь у гидротермальных источников и в других тёмных уголках Земли, применимы и к чужим мирам.

«Мы узнали о существовании этих океанов сравнительно недавно, и потому, думаю, потребовалось время, чтобы по-настоящему осознать значение этого открытия», — говорит Элизабет Тёртл. — «И теперь один из ключевых вопросов науки — это обитаемость: с точки зрения астробиологии, насколько велика зона обитаемости вокруг звёзд?»

Опираясь на годы настойчивых призывов планетологов, в 2011 году авторитетный экспертный комитет, определяющий научные приоритеты NASA, рекомендовал сосредоточиться на крупной миссии по изучению Европы и её океана, назвав этот спутник «одной из важнейших целей во всей планетологии». До этого львиная доля финансирования астробиологии NASA направлялась на Марс — мир, который сегодня почти наверняка стерилен (по крайней мере на поверхности), но мог быть обитаемым три–четыре миллиарда лет назад, в более тёплую и влажную эпоху. Найти место для других миров в непрекращающемся «марсианском ритме» было непросто. Однако директива 2011 года придала импульс проекту, который уже много лет незаметно формировался: специализированной миссии к системе Юпитера и Европе, задуманной Роберт Паппалардо и его коллегами.

При поддержке общественных организаций, отстаивающих развитие планетологии, и при решающем содействии бывшего конгрессмена Джона Калберсон из Техаса — страстного поклонника Европы, хорошо знакомого с научной литературой и одержимого поиском внеземной жизни — миссия, ставшая впоследствии Europa Clipper, получила зелёный свет от NASA в 2015 году. После этого команда приступила к проектированию аппарата, расчёту траектории и созданию научных инструментов. «Поиск жизни за пределами Земли — моя страсть на протяжении всей жизни, ведь речь идёт о понимании того, кто мы во Вселенной», — говорит Калберсон. — «И я знал: каждой успешной космической миссии нужен свой защитник — тот, кто обеспечит финансирование и доведёт дело до конца так, как задумало научное сообщество. Это и стало моей миссией».

Калберсон присутствовал при запуске Clipper 14 октября, находясь рядом с руководством NASA на балконе Kennedy Space Center. Он наблюдал за подъёмом аппарата через мощный бинокль со стабилизацией изображения. «Это был невероятно сильный, захлёстывающий момент — результат огромного труда большой команды», — вспоминает он. — «Мне выпала честь стать одной из искр, благодаря которым всё это стало возможным».

Финальная миссия, отправившаяся в путь, мало напоминает ранние концепции. Но Europa Clipper — крупнейший космический аппарат, когда-либо созданный для межпланетных исследований: зонд массой 3241 килограмм, с размахом «крыльев» более 30 метров при раскрытых гигантских солнечных панелях. Он несёт на борту камеры мирового уровня, магнитометр, анализатор поверхностной пыли и самый совершенный из когда-либо отправленных в космос масс-спектрометр — прибор, «проглатывающий» молекулы, чтобы определить их состав и происхождение.

«Мы ни на секунду не сомневались, что всё это того стоит», — говорит Кёрт Нибур. — «Это эпическая миссия. У нас есть шанс исследовать не мир, который когда-то был пригоден для жизни миллиарды лет назад, а мир, который может быть пригоден для жизни прямо сейчас». Однако эта миссия — несмотря на множество драматических моментов на протяжении долгого периода разработки — едва не стала жертвой опасного поворота событий в самый последний момент.

В 1959 году, за два года до того, как он предложил свою знаменитую формулу для оценки распространённости жизни во Вселенной, астроном Фрэнк Дрейк направил радиотелескоп на Юпитер и обнаружил отчётливую сигнатуру высокоскоростных электронов, движущихся по изогнутым линиям магнитного поля. Это излучение, называемое синхротронным, возникает потому, что магнитное поле Юпитера способно разгонять заряженные частицы почти до скорости света. Вывод был очевиден: планету окружают мощные радиационные пояса, фактически образующие зону гибели для незащищённых космических аппаратов. «Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз сильнее земного. По сути, это гигантский ускоритель частиц», — говорит Джордан Эванс из JPL.

Каждый космический аппарат, направляющийся к системе Юпитера, специально создаётся так, чтобы выдержать — пусть хотя бы некоторое время — эти смертоносные радиационные пояса. Европа Клипер не стал исключением: его цель, Европа, окружена чрезвычайно жёсткой радиационной средой. Однако на совещании в мае 2024 года, незадолго до отправки аппарата во Флориду, инженеры NASA узнали тревожную новость: некоторые радиационно-стойкие схемы на борту оказались неожиданно уязвимыми. Информация поступила из другого государственного агентства, закупившего те же компоненты у того же немецкого поставщика. Речь шла о MOSFET — металлооксидных полевых транзисторах, своего рода электронных «переключателях». Выяснилось, что эта партия деградирует при куда меньших дозах радиации, чем было заявлено — настолько малых, что возникло сомнение: сможет ли Clipper прожить достаточно долго, чтобы собрать данные, о которых команда мечтала десятилетиями.

«Я был опустошён», — вспоминает тот майский день Джордан Эванс. — «Трудно было даже представить, как двигаться дальше. Но затем делаешь шаг назад и начинаешь методично всё обдумывать».

Уже на следующий день после обнаружения проблемы команда взялась за работу. Вскоре выяснилось, что на борту Clipper более тысячи дефектных MOSFET. Эти транзисторы были распределены по всему аппарату и входили в состав каждой научной системы; они находились и в уже запечатанном электронном «хранилище» — специально защищённом отсеке, своего рода нервном центре всей миссии. Проект оказался под угрозой. И времени на раздумья не было: если оставить аппарат в Калифорнии, в Jet Propulsion Laboratory, чтобы заменить детали, он пропустит окно запуска и, возможно, никогда не покинет Землю. «Мне каждую ночь снились кошмары. Правда», — говорит Роберт Паппалардо. — «Казалось, что наш аппарат болен, и мы не знаем, выживет ли он. Это было ужасно».

Сделав ставку на успех, JPL всё же отправила Clipper в Kennedy Space Center. Всё лето обеспокоенные учёные и инженеры работали днями, ночами и по выходным, пытаясь решить проблему, которую они даже не создавали. К концу августа решение было найдено.

Вместо того чтобы заменять каждый дефектный элемент или менять научную программу, аппарат решили отправить по первоначальному плану. Он будет следовать рассчитанной траектории — 21-дневным орбитам вокруг Юпитера, совершив около 80 витков. В радиационных поясах он будет проводить не более одного дня за орбиту. В остальное время, когда Клипер окажется вне наиболее жёсткой радиации, команда сможет включать нагреватели и прогревать ослабленные схемы, надеясь «залечить» повреждения с помощью процесса, известного как отжиг — своеобразного термического «исцеления», перераспределяющего заряды и сохраняющего работоспособность транзисторов.

Это решение выглядело почти чудом — слишком хорошим, чтобы быть правдой, учитывая его минимальное влияние на научную программу. «Сначала я был раздавлен, но когда всё закончилось…» — говорит Эванс, — «я испытал смирение. Меня поразило, на что способна команда».

Когда Europa Clipper будет проноситься мимо Европы, все девять его научных инструментов будут устремлены на эту луну, пытаясь понять, как она устроена. Они создадут подробные карты поверхности, измерят толщину ледяной оболочки и выяснят, есть ли в ней карманы солёной воды, подобные тем, что встречаются под антарктическими льдами Земли. Они будут дистанционно исследовать океан подо льдом, который может соприкасаться с каменистым, богатым минералами дном. И изучат химический состав поверхности — он может рассказать о скрытом океане и о процессах, способных питать инопланетные экосистемы.

«Если мы прилетим туда и обнаружим воду, энергию и химию — это откроет целую вселенную вопросов», — сказала Никола Фокс на предпусковом брифинге. — «Если же мы не найдём ни воды, ни энергии, ни химии — это тоже породит массу вопросов: почему мы так думали? и почему этого там нет?»

Иными словами, если призыв Европы окажется всего лишь песней сирены, как могло случиться, что учёные столь сильно заблуждались? (Впрочем, никто этого не ожидает — хотя, как и положено осторожным исследователям, они дождутся фактов.)

Во время полёта аппарат будет также искать признаки водяных шлейфов Европы — предполагаемых выбросов пара, впервые описанных в 2013 году, более слабых и сдержанных аналогов мощных гейзеров на Энцеладе. По своеобразной «легенде» миссии именно эти шлейфы стали одним из решающих аргументов в пользу её реализации: если повезёт, аппарат сможет пролететь сквозь такой выброс и напрямую исследовать вещество Европы. И хотя NASA официально не называет Clipper миссией по поиску жизни, подобный пролёт мог бы изменить ситуацию — но обнаружение признаков жизни зависит от целой цепочки маловероятных совпадений.

«Здесь слишком много “если”, верно?» — говорит Паппалардо. — «Если шлейфы существуют, если они связаны с океаном, если этот океан достаточно богат жизнью — и если масс-спектрометр сможет получить достаточно вещества — тогда мы сможем проанализировать органические соединения и попытаться понять, указывают ли они на биологические процессы. Это не невозможно, но вероятность крайне мала».

CLIPPER, если ничто иное, даст нам хотя бы твёрдую опору в понимании того, что, когда речь идёт о законах жизни, расстояние мира до его звезды — далеко не единственный решающий фактор. А постижение основ обитаемости необходимо для уточнения параметров уравнения Дрейка — концептуальной схемы, предложенной тем самым астрономом, который первым распознал радиационные пояса Юпитера и с начала 1960-х годов направлявшей поиски жизни за пределами Земли.

Эти вопросы, говорит Роберт Паппалардо, «возвращают меня к лекциям Дрейка» — к университетскому курсу астрономии, который он слушал весной 1984 года в Cornell University, — «и ко всем тем вещам, у которых мы тогда стояли на пороге знания. Я думаю о том, какой путь мы прошли в направлении, которое он указал. И это было не узко заданное направление — это был широкий призыв: идти и исследовать, искать», — говорит он. — «И мы это делаем. Просто это требует времени».

В самом широком смысле отпечаток Фрэнка Дрейка — и его смелость задавать большие, почти дерзкие вопросы о внеземной жизни — пронизывает всю миссию Europa Clipper. Он с удовольствием наблюдал Юпитер и его спутники до глубокой старости, нередко следя за тем, как планета поднимается над любимыми секвойями вокруг его дома в холмах близ Санта-Круса, Калифорния. Но Дрейк (для автора — просто отец) не дожил до запуска Clipper: он умер в 2022 году. За шесть десятилетий, прошедших с тех пор, как он записал формулу, с помощью которой мы пытаемся осмыслить собственное космическое одиночество, возникла и окрепла целая наука — астробиология. Ведущие учёные Clipper, многие из которых начинали карьеру в 1970–1980-х годах, работая над программами Voyager или Galileo, теперь стоят у руля. А новое поколение планетологов — многие из них даже не родились, когда первые зонды отправились к внешним рубежам Солнечной системы, — уже работает над Clipper.

«Это всегда было частью общей дуги, если хотите», — говорит Элизабет Тёртл. — «И в миссиях вроде Europa Clipper и Dragonfly мы очень серьёзно относимся к возможности и ответственности связать поколения».

Похоже, время — главный ресурс, которого требует исследование внешней Солнечной системы. Каждый участник команды Clipper понимает: эта миссия может стать для него единственным, мимолётным шансом увидеть Европу вблизи. Потому что, как говорит Кёрт Нибур, «работая с внешней Солнечной системой, ты принимаешь, что являешься лишь частью чего-то большего. Ты должен быть готов внести свой вклад в дело, которое переживёт тебя самого». И потому команда Clipper решила увековечить это первое путешествие — от одного океанического мира к другому.

Сердце аппарата — его защищённый отсек — закрывает пластина из тантала. На её внешней стороне, обращённой к звёздам, выгравировано слово «вода» на 103 языках. На внутренней, обращённой к «сердцу» машины, — более личные послания. Среди них — стихотворение бывшей поэта-лауреата США Ады Лимон, в котором говорится о водной связи, объединяющей человечество, Европу и Землю. Там же — портрет Рон Грили, чьё руководство помогло сделать миссию Clipper реальностью.

А на самой вершине пластины — уравнение Дрейка, выведенное рукой самого учёного.

В отличие от других посланий, отправленных человечеством к звёздам, весть Clipper не покинет пределы системы Юпитера. Когда аппарат, несущий наши мечты и надписи, завершит свою миссию, он врежется в Ганимед, где случайные земные микробы вряд ли смогут осквернить безжизненную поверхность. Там пластина с её посланиями завершит свой путь вместе с миссией — в немного горьком финале, который сохранит Европа, с её обещанием внеземной жизни, для будущих поколений исследователей.

Источник: Надя Дрейк, журнал Scientific American, № 332, январь 2025. Иллюстрации — Крис Рен и Кенн Браун / Mondolithic Studios.

Надя Дрейк — независимый научный журналист, специализирующийся на космической науке и исследовании космоса. Ранее она сотрудничала с National Geographic и была временным редактором по физике в журнале Quanta Magazine.