На спутнике Сатурна Мимасе может быть океан

Аргументы в пользу существования на спутнике Сатурна Мимасе нового океана продолжают укрепляться. Исследование толщины ледяной коры Земли не только даёт представление о возможном возрасте существующего океана, но и позволяет определить, где кора может быть наиболее тонкой — идеальное место для будущих миссий по обнаружению океана. В то же время, изучение крупнейшего кратера Мимаса накладывает дополнительные ограничения на возраст потенциального океана.

«Когда мы смотрим на Мимас, мы не видим ничего из того, что мы привыкли видеть в океаническом мире», — сказала Алисса Роден, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института (SwRI) в Боулдере, штат Колорадо, на совместном заседании Европейского научного конгресса и Отделения планетарных наук.

Спутник Сатурна, Энцелад, и спутник Юпитера, Европа, на поверхности которых, как считается, есть океаны, покрыты сетью трещин и расщелин, что свидетельствует об изменении их объёма по мере таяния льда и превращения его в воду. Однако внешний слой Мимаса, самого маленького из крупных спутников Сатурна, практически не имеет явных разрывов. Его кратеры также кажутся неизменными, словно высеченными в камне, а не во льду.

Однако в прошлом году исследователи объявили, что измерения, проведённые космическим аппаратом НАСА «Кассини», подтверждают существование относительно молодого океана на Мимасе. Эта идея начала рассматриваться учёными в течение последнего десятилетия, поскольку данные «Кассини» продолжали поступать на Землю. Ранние данные «Кассини» также намекали на наличие молодого океана на планете, хотя учёные поначалу отнеслись к ним скептически. Однако теперь детальные наблюдения убедительно свидетельствуют о наличии на Мимасе океана, погребённого под слоем твёрдого льда толщиной от 20 до 30 километров.

Роден и её коллеги применили модели, основанные на толщине тепловой оболочки Европы, к Мимасу, пытаясь определить толщину ледяного покрова последнего и распределение тепла по его поверхности. Они обнаружили, что, как только на планете началось таяние, оно быстро развивалось.

Таяние Мимаса неразрывно связано с его орбитой. Хотя учёные всё ещё пытаются понять, как образовались спутники в системе Сатурна, вполне вероятно, что океан, который был на этом спутнике, давно замёрз. Однако учёные считают, что современный океан на Мимасе — это не остаток его формирования, а скорее недавнее образование, которое, скорее всего, было вызвано изменениями в траектории движения спутника.

Когда луна вращается вокруг планеты, эти два объекта гравитационно притягиваются друг к другу. На Земле это приводит к изменению океанских приливов, поскольку наша луна притягивает воду. Менее очевидно, как сама Земля притягивает твёрдую каменистую поверхность луны.

В системе Сатурна, по-видимому, в какой-то момент что-то вытолкнуло Мимас на менее круговую, более эксцентричную орбиту, изменив гравитационное воздействие Сатурна на лёд. Учёные обнаружили, что притяжение Сатурна к новому положению луны создаёт тепло, которое плавит лёд, превращая его в воду. Это вполне может привести к образованию нового океана. В то же время гравитация медленно округляет орбиту луны.

Когда траектория Луны вновь будет описывать окружность, приливные силы больше не смогут растапливать лед, и зарождающийся океан, как полагают ученые, постепенно замерзнет.

Черно-белое изображение огромной планеты с линией в правом нижнем углу экрана, символизирующей кольца планеты. На изображении видны две маленькие белые точки: большая над кольцом слева и маленькая под кольцом справа.

Роден с коллегами исследовали, как мог измениться эксцентриситет, чтобы воссоздать то, что мы видим на Мимасе сегодня. Они обнаружили, что сильное смещение орбиты привело бы к полному расплавлению поверхности спутника, полностью уничтожив кратеры и другие поверхностные образования. Они обнаружили, что изменение орбиты Мимаса, вероятно, произошло в течение последних 10–15 миллионов лет — мгновение по астрономическим меркам, что соответствует предыдущим оценкам возраста молодого океана.

Команда также смоделировала распространение тепла по луне, чтобы определить, как будущие миссии смогут обнаружить подземный океан. Моделирование показывает, что тепловой поток во льду, а следовательно, и таяние и истончение оболочки, может быть непростым. Однако будущий орбитальный аппарат потенциально может использовать измерения тепла для обнаружения подземного океана.

«Это будет сложно, но, возможно, осуществимо», — говорит Роден.

Мимас часто называют «луной Звезды Смерти» из-за его сходства с культовой космической базой из «Звёздных войн». Гигантский кратер простирается более чем на треть диаметра Луны, создавая кажущийся центр зловещей машины. Кратер Гершеля простирается на 130 километров в поперечнике и играет ключевую роль в дискуссии о существовании океана на Мимасе.

Форма кратера может дать много информации о грунте, в котором он образовался. В результате удара на поверхность не только выбрасывается материал для дальнейшего изучения, но и его жёсткость позволяет исследователям определить, насколько прочным был лёд в этом регионе на момент его формирования.

Моделирование образования кратеров на Мимасе показывает, что лёд не мог быть полностью твёрдым во время образования Гершеля. Моделируя Мимас в различные периоды истории, от полного отсутствия океана до состояния, когда он был покрыт льдом, исследователи обнаружили, что Гершель, вероятно, образовался, когда Мимас находился на грани таяния.

«Мимас должен находиться точно в точке невозврата», — рассказала планетолог Адин Дентон, также работающая в SwRI. «Он может оставаться в этой точке невозврата миллионы лет, но он должен быть близок к ней».

Дентон также представила свои результаты на конференции EPSC. Исследование, в котором Роден также участвовала, недавно было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.

В центре Мимаса находится центральный пик, образовавшийся при столкновении крупного объекта с самым маленьким из крупных спутников Сатурна. Центральные пики — характерная черта крупных кратеров, их образование обусловлено соотношением размеров ударника и цели. В предыдущих работах Дентон установил, что столкновение со льдом привело бы к образованию кратера без пика.

Однако ударные метеориты также являются «экскаваторами», разрушающими кору родительского тела. Если бы под поверхностью Мимаса был океан, столкновение разбрызгало бы воду во все стороны. Жидкость была бы слишком разреженной, чтобы образовать пик.

«Вода не может создать такую структуру», — сказал Дентон.

Гершель, вероятно, образовался как раз тогда, когда океан начал таять, в период, когда лед был теплее, но не совсем жидким.

Исследование Дентон расширяет возможное окно времени формирования Гершеля с одного миллиона до десяти миллионов лет. «Это всё ещё мало с геологической точки зрения, но гораздо лучше, чем один», — сказала Дентон. «Это игра на порядок величин».

Это исследование, в сочетании с работой Родена по изучению теплового состояния недр Луны и другими работами, проводимыми на ее поверхности и внутри, помогает исследователям лучше понять эту малоизученную Луну.

«Все это теперь позволяет сформировать связное повествование о Мимасе как о молодом океаническом мире», — резюмировала Дентон.