Подповерхностные океаны на ледяных лунах могут кипеть

Учёные обнаружили удивительное явление на небольших ледяных лунах. Например, на Миранде — спутнике Урана. Их подповерхностные океаны могут достигать точки кипения. Причина — гравитационный нагрев. Он периодически утоняет ледяную корку. Это снижает давление на океан. Исследование опубликовано в Nature Astronomy. Оно предполагает, что кипение объясняет появление загадочных гребней на поверхности Миранды. Эти структуры называют коронами [1].

Как океан закипает подо льдом

Гравитация планеты постоянно сжимает и разогревает её луны. В системах с несколькими спутниками они также гравитационно воздействуют друг на друга [2]. Когда нагрев усиливается, ледяная оболочка начинает таять снизу. По мере её утонения давление на океан падает. На небольших лунах вода может достичь «тройной точки». Это состояние, при котором лёд, жидкость и пар сосуществуют. При этом закипание происходит при нуле градусов Цельсия.

Выделяющиеся при кипении газы могут создавать трещины в ледяной коре. Так формируются структуры, видимые из космоса. Однако если ледяная оболочка достаточно толстая, трещины могут не появиться. Это объясняет, почему на спутнике Сатурна Мимасе геологически всё спокойно. Там тоже есть подповерхностный океан.

«Мысль о том, что подповерхностный океан на ледяном мире может достичь состояния кипения, — это поистине замечательный сценарий», — комментирует Макс Рудольф. Он планетарный геофизик из Калифорнийского университета в Дэвисе [1].

Условия для кипящих океанов

По расчётам учёных, кипящие океаны могут существовать только на мирах диаметром менее 600 километров [3]. На более крупных телах гравитация слишком велика. Например, на спутнике Урана Титании. Там ледяная кора треснет раньше, чем океан достигнет точки кипения [1].

Открытие важно не только для геологии, но и для астробиологии. Понимание того, когда и как формировались такие океаны, может указать на потенциальную обитаемость этих миров [4]. «Знание того, что эти ледяные миры обладают или обладали подповерхностным океаном на протяжении большей части своей геологической истории, крайне важно, — говорит Рудольф. — Это помогает размышлять об их потенциале для поддержания жизни» [1].

Будущие исследования

Исследователи планируют продолжить изучение этих явлений. Помогут новые миссии. Например, Europa Clipper к спутнику Юпитера. И JUICE к спутникам Ганимеда и Каллисто. Они могут предоставить важные данные о подповерхностных океанах [4]. Учёные также изучают влияние клатратных гидратов. Они могут влиять на теплопередачу и стабильность океанов на ледяных лунах [3].

Связь с земной океанологией

Интересно, что технологии из глубоководных земных исследований помогают изучать океаны на других планетах. Экстремальные условия на Земле дают ключи к пониманию аналогичных процессов на ледяных лунах. Например, гидротермальные источники, антарктические подлёдные озёра и глубоководные экосистемы [5]. Это делает океанологию ключом к пониманию других миров во Вселенной.

Список источников:

1. Science News — Boiling oceans may sculpt the surfaces of small icy moons
2. AGU Publications — Ocean Worlds Maintained by Ocean Tidal Heat Expected on Several Uranian Moons
3. Copernicus — Dynamic Integration of Clathrate Hydrates in the Thermal Evolution of Subsurface Oceans on Icy Moons
4. Frontiers — Planetary analog sites in the Indian subcontinent and the Indian Ocean
5. SAGANet — Astrobiology Revealed #33: Lauren Mc Keown on dendritic “lake stars” and Europan “spiders”