Почему внутри карликовых планет за пределами Плутона могут быть океаны

Береговая линия Земли в Северном море, включая Стекс-оф-Дункансби в Кейтнессе. (© Джордж / Adobe Stock)

Долгое время считалось, что Земля — единственная планета в нашей Солнечной системе, имеющая океан, но теперь начинает казаться, что даже в самых удивительных ледяных телах есть подземные океаны.

Фактически, ледяные луны и карликовые планеты во внешней Солнечной системе, по-видимому, имеют жидкие океаны под слоями толстого льда. Недавние исследования показывают, что внутри тел за пределами Плутона могут быть океаны. Это удивительно, поскольку температура поверхности этих тел намного ниже -200°C.

Семьдесят лет назад казалось правдоподобным, что горячая атмосфера Венеры скрывает от нашего взгляда глобальный океан. Эта идея была отвергнута в 1962 году, когда космический корабль «Маринер-2» пролетел мимо Венеры и обнаружил, что ее поверхность слишком горячая для жидкой воды.

Вскоре мы поняли, что все океаны, которые когда-то существовали на Венере и Марсе, исчезли миллиарды лет назад из-за серьезных изменений в их климате.

Приливное отопление
Революцию в мышлении, проложившую путь к новому взгляду на океаны Солнечной системы, можно проследить до статьи астрофизика Стэна Пила, опубликованной в 1979 году. Это предсказывало, что самый внутренний большой спутник Юпитера, Ио, будет настолько горячим внутри, что может быть вулканически активным.

Источником тепла, который делает это возможным, является гравитационный эффект – повторяющееся приливное притяжение между Ио и следующей луной Юпитера, Европой. Европа совершает ровно один оборот вместо двух у Ио. Таким образом, Ио обгоняет Европу после каждых двух витков, получая от Европы регулярно повторяющийся приливной рывок, который не позволяет орбите Ио стать круговой.

Это означает, что расстояние Ио от Юпитера постоянно меняется, и, следовательно, меняется и сила гораздо более сильной приливной силы Юпитера, которая фактически искажает форму Ио.

Повторяющееся приливное искажение его внутренней части нагревает Ио за счет внутреннего трения, точно так же, как если вы несколько раз сгибаете жесткую проволоку вперед и назад, а затем прикасаетесь вновь согнутой частью к губе (попробуйте это с помощью вешалки для одежды или скрепки для бумаг). , вы сможете почувствовать тепло.

Предсказание Пила о приливном нагревании оправдалось всего через неделю после публикации, когда «Вояджер-1», первый сложный облет Юпитера, прислал обратно изображения извержений вулканов на Ио.

Ио — скалистый мир, в котором нет воды ни в каком виде, поэтому может показаться, что он не имеет ничего общего с океанами. Однако приливный буксир Юпитер-Ио-Европа работает в обе стороны. Европа также нагревается от приливов, причем не только от Ио, но и от следующего спутника, Ганимеда.

Океанские миры с жидкой водой, показанной синим цветом. По часовой стрелке сверху слева: Европа, Ганимед, Каллисто, Энцелад. (Изображение: НАСА)

В настоящее время имеются убедительные доказательства того, что между ледяной оболочкой Европы и ее скалистыми недрами находится океан глубиной 100 км. Ганимед может иметь до трех или четырех слоев жидкости, зажатых между слоями льда. В этих случаях тепло, которое предотвращает замерзание жидкой воды, вероятно, в основном имеет приливное происхождение.

Есть также свидетельства существования зоны соленой жидкой воды внутри Каллисто, самого дальнего большого спутника Юпитера. Скорее всего, это происходит не из-за приливного нагрева, а, возможно, из-за тепла, выделяющегося в результате распада радиоактивных элементов.

У Сатурна есть относительно небольшой (радиус 504 км) ледяной спутник под названием Энцелад, у которого есть внутренний океан благодаря приливному нагреву от взаимодействия с более крупным спутником, называемым Дионой. Мы абсолютно уверены, что этот океан существует, потому что ледяная оболочка Энцелада колеблется так, что это возможно только потому, что эта оболочка не прикреплена к твердой внутренней части.

Более того, космический корабль Кассини взял пробы воды и микроэлементов из этого внутреннего океана. Его измерения показали, что океанская вода Энцелада, должно быть, вступила в реакцию с теплыми камнями под дном океана, и что химия там, похоже, подходит для поддержания микробной жизни.

Другие океаны
Как ни странно, даже для лун, которые не должны иметь приливного нагрева, и для тел, которые вообще не являются лунами, продолжает расти количество свидетельств существования внутренних океанов. Список миров, которые могли иметь или когда-то имели внутренние океаны, включает несколько спутников Урана, таких как Ариэль, Тритон, самый большой спутник Нептуна и Плутон.

Один из лучших образов у нас или Ариэль. (Изображение: НАСА/Лаборатория реактивного движения)

Ближайший к Солнцу внутренний океан может находиться внутри карликовой планеты Церера, хотя, возможно, он к настоящему времени в значительной степени заморожен или может просто состоять из соленого ила.

Меня особенно удивляют признаки существования океанских миров далеко за пределами Плутона. Они основаны на недавно опубликованных результатах космического телескопа Джеймса Уэбба, изучающих соотношение различных изотопов (атомов, которые имеют больше или меньше частиц, называемых нейтронами в их ядре) в замороженном метане, который покрывает Эриду и Макемаке, две карликовые планеты немного меньшего размера и значительно дальше, чем Плутон.

Авторы утверждают, что их наблюдения являются свидетельством химических реакций между внутренней океанской водой и породой дна океана, а также довольно молодых, возможно, даже современных шлейфов воды. Авторы предполагают, что тепла от распада радиоактивных элементов в породе достаточно, чтобы объяснить, как эти внутренние океаны сохранялись достаточно теплыми, чтобы избежать замерзания.

Предлагаемые возможные современные диапазоны условий в Эриде и Макемаке. (Изображение: Юго-Западный научно-исследовательский институт)

Вы можете задаться вопросом, может ли все это повысить наши шансы найти инопланетную жизнь. Мне жаль портить вечеринку, но на конференции по лунной и планетарной науке в этом году в Хьюстоне (11-15 марта) было несколько докладов, в которых сообщалось, что скала под дном европейского океана должна быть слишком прочной, чтобы разломы могли ее расколоть. создать на дне океана своего рода горячие источники (гидротермальные жерла), которые питали микробную жизнь на ранней Земле.

Вполне возможно, что и другие подземные океаны могут быть столь же негостеприимны. Но пока еще есть надежда.

Автор
Дэвид Ротери, профессор планетарных наук о Земле, Открытый университет

(Источник: Разговор)