Ледяные луны могут быть разорваны на части, не потеряв при этом скрытые океаны

Фото из открытых источников

Даже масштабные столкновения, разрушающие ледяные луны, могут не уничтожить их скрытые океаны, что свидетельствует об удивительной устойчивости этих погребенных вод. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Ледяные спутники, разлетающиеся на части в результате масштабных столкновений, не обязательно теряют свои скрытые океаны. На самом деле, самые крупные столкновения практически не меняют того, может ли спутник вообще содержать жидкую воду. 

Таков неожиданный вывод из новых моделирований мощных столкновений, способных разрушить Луну, во внешней части Солнечной системы.

Исследование проводилось под руководством Университета штата Мэриленд (UMD). В работе также приняли участие соавторы из Юго-западного исследовательского института в Колорадо и Института науки Вейцмана в Израиле.

Считается, что под толстыми ледяными оболочками многих спутников Сатурна, Урана и Нептуна скрываются океаны. Поскольку вода необходима для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, эти скрытые океаны являются первостепенными целями в поисках жизни за пределами Земли.

Но у внешней части Солнечной системы бурное прошлое. Ученые считают, что многие нынешние спутники были восстановлены из обломков более ранних. 

Это поднимает очевидный вопрос: уничтожают ли эти столкновения шансы на наличие океана на спутнике?

«Главный вопрос, который нас волновал, заключался в том, способствуют ли эти разрушения появлению океанов на спутниках в будущем, или же они уничтожают океан и превращают спутник в холодный, мертвый мир», — объяснил Марк Неве из Мэрилендского университета. «Мы обнаружили, что эти крупные столкновения на самом деле не имеют большого значения для океанов. Если океан существовал до этого, то, вероятно, он будет существовать и после, и наоборот».

Результат застал Неве и его коллег врасплох. Они смоделировали одни из самых экстремальных столкновений, какие только можно себе представить.

«Эти симуляции представляли собой, пожалуй, самые масштабные столкновения, которые мы смогли придумать», — сказал Неве. «Если бы они не имели значения, вряд ли и более мелкие столкновения имели бы значение».

Чтобы прийти к этому выводу, команда объединила два совершенно разных подхода к моделированию.  Первый аппарат воссоздал основные физические процессы космического столкновения. Он отслеживал миллионы фрагментов камней и льда, которые разрушались, нагревались и в конечном итоге снова слипались. Во второй симуляции использовался гораздо более медленный темп. 

В ходе исследования было изучено внутреннее строение спутника на протяжении 4,5 миллиардов лет, отслеживалось накопление и утечка тепла из ядра. Этот процесс определяет, может ли лед растаять и превратиться в океан.

Сочетая эти два метода, исследователи смогли отслеживать спутники двух разных размеров, приблизительно 500 и 1000 километров в радиусе.  В ходе моделирования каждая луна подвергалась ударам, разрывалась на части и затем собиралась заново. После этого исследователи перенесли действие на миллиарды лет вперед, чтобы увидеть, что произошло дальше.

Оказалось, что размер спутника имеет огромное значение. Более крупные и более мелкие спутники реагировали на столкновения практически по-разному.

«На более крупных спутниках энергия столкновения преобразуется в дополнительное тепло, которое может фактически утолщать существующий океан в течение нескольких миллиардов лет. На меньших спутниках ситуация обратная», — сказал Неве. «Перед столкновением эти небольшие луны сохраняют хаотичный внешний слой из смеси льда и камней, который действует как изолирующее одеяло, помогая удерживать тепло, необходимое для существования океана. Удар сотрясает всё вокруг, и когда луна формируется заново, камень опускается к центру, а лёд всплывает на поверхность. Меньшей луне становится сложнее поддерживать океан, потому что защитное покрывало исчезло, но ни в одном из случаев столкновение не привело к образованию океана, который в противном случае остался бы замерзшим».

Эти выводы применимы к нескольким реальным спутникам Сатурна, которые космические агентства надеются исследовать. В этот список входят Мимас, Энцелад, Тетис, Диона и Рея. В него также входят спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон, а также большой спутник Нептуна — Тритон.

Кратер Реи представляет собой особенно интересный случай. Его древние кратеры выглядят необычайно гладкими, словно размягченными изнутри.

«Это как лепить снеговика зимой, а потом, через неделю, потеплело и выглянуло солнце, и снеговик начал таять», — объяснил Неве. «Кратеры на планете Рея выглядят сглаженными, но это было не солнце. Жар исходил снизу». «Давно произошедшее столкновение, в результате которого образовался внутренний океан, может помочь объяснить, почему Луна выглядит именно так».

Полученные результаты могут помочь в принятии решений о будущих миссиях к этим ледяным мирам. Знание того, на каких спутниках, вероятно, есть вода, помогает ученым решить, где искать и что искать.

Это включает в себя гравитационные признаки скрытого океана, соленые поверхностные отложения и ледяные извержения, известные как криовулканы.

Это также влияет на то, насколько чувствительными должны быть приборы для обнаружения признаков жизни.

«Если микробов всего несколько, то поисковая операция будет совсем другой, нежели если бы океан был полон китов», — сказал Неве. «Тип жизни, к которому мы стремимся, определит, какие инструменты нам необходимо разработать».

Неве отметил, что история столкновений — это лишь одна часть головоломки. Вероятно, приливный нагрев, вызванный орбитой спутника, играет не менее важную роль в определении того, выживет ли океан.

Для Неве это исследование — лишь часть гораздо более масштабного проекта. Во-первых, он хочет понять, как приливы и отливы нагревают эти океаны с течением времени.

Ещё один вопрос заключается в том, как именно изменение орбит приводит к столкновениям лун друг с другом.

«В будущем мне бы очень хотелось запустить систему лун и понаблюдать за их движением, столкновениями и изменениями в их внутреннем строении», — сказал Неве. «Возможно, тогда мы сможем восстановить картину того, что происходило вокруг Сатурна, Урана и Нептуна».