Внешние планеты Солнечной системы (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) окружены многочисленными спутниками, покрытыми льдом. У Юпитера известно 95 спутников, у Урана 29, у Нептуна 16. Абсолютным чемпионом является Сатурн, имеющий 274 луны.
Известно, что на некоторых из них, например на Энцеладе, спутнике Сатурна, между ледяной оболочкой и каменистым ядром находятся океаны жидкой воды. Теперь, когда мы почти убедились в отсутствии жизни на Марсе, они могут стать идеальными местами в нашей Солнечной системе для поиска внеземной жизни. Новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy, проливает свет на то, что может происходить под поверхностью этих миров, и дает представление о том, как могла сформироваться их геология.
«Не на всех этих спутниках есть океаны, но мы знаем, что на некоторых они есть, — подчеркнул Макс Рудольф, доцент кафедры наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор статьи. — Нас интересуют процессы, которые определяют их эволюцию на протяжении миллионов лет, и это позволяет нам задуматься о том, как может выглядеть поверхность океанического мира».
Геология ледяных спутников
Геология Земли обусловлена движением и плавлением горных пород в недрах планеты. На ледяных спутниках геологические процессы определяются взаимодействием жидкой воды и твердого льда. Эти миры нагреваются за счет приливных сил планеты, вокруг которой они вращаются. Спутники могут взаимодействовать друг с другом, что приводит к периодам более сильного и более слабого внутреннего нагрева. При более сильном нагреве лед может таять и становиться тоньше; когда нагрев ослабевает, лед становится толще.
Ранее Рудольф и его коллеги изучали, что происходит, когда ледяная оболочка становится толще. Они обнаружили, что, поскольку лед занимает больший объем, чем жидкая вода, при замерзании на ледяную оболочку оказывается давление, которое может привести к появлению таких особенностей, как «тигровые полосы» на Энцеладе.
Но что произойдет, если случится обратное и ледяная оболочка растает снизу? Исследователи пришли к выводу, что это может привести к закипанию океана.
Что происходит, когда тают ледяные панцири
При таянии льда и превращении его в менее плотную жидкую воду давление падает. Рудольф и его коллеги подсчитали, что по крайней мере на самых маленьких ледяных спутниках, таких как Мимас и Энцелад у Сатурна или Миранда у Урана, давление может упасть настолько, что достигнет так называемой тройной точки, при которой могут сосуществовать лед, жидкая вода и водяной пар.
На снимках Миранды, сделанных космическим аппаратом «Вояджер-2», видны отчетливые области с хребтами и скалами, называемые коронами. Кипение океана может объяснить, как образовались эти структуры.
Диаметр Мимаса составляет менее 400 километров, и он испещрен кратерами, в том числе очень большим кратером, из-за которого его прозвали «Звездой смерти». По словам Рудольфа, с геологической точки зрения Мимас мертв, но его движение указывает на наличие океана. Поскольку не ожидается, что ледяная оболочка Мимаса разрушится из-за истончения, наличие океана можно объяснить геологической смертью невидимого каменистого ядра.
Размер этих спутников имеет значение. На более крупных ледяных спутниках, таких как Титания, еще один спутник Урана, падение давления из-за таяния льда привело бы к растрескиванию ледяной оболочки до того, как была бы достигнута тройная точка воды. Авторы исследования пришли к выводу, что геология Титании может быть результатом периода истончения ледяной оболочки с последующим повторным утолщением.
О возможности жизни подо льдом Энцелада мы рассказали здесь.
