Океанические течения могут влиять на вращение ледяной коры Европы
Исследование дало новое объяснение, почему ледяная оболочка спутника Юпитера Европы и его внутренняя часть вращаются с разными скоростями. Миссия НАСА, получившая название Europa Clipper, изучит этот феномен более детально.
У ученых НАСА есть убедительные доказательства того, что спутник Юпитера Европа имеет внутренний океан под внешней ледяной оболочкой — огромный массив соленой воды, циркулирующей вокруг каменистых недр спутника. Новое компьютерное моделирование предполагает, что вода на самом деле толкает ледяную оболочку, возможно, со временем ускоряя и замедляя ее вращение.
Ключевой элемент исследования включал расчет сопротивления — горизонтальной силы, с которой океан спутника действует на лед над ним. Результаты намекают на то, как сила океанского течения и его сопротивление ледяному слою могут даже объяснить некоторую геологию, наблюдаемую на поверхности Европы. Трещины и хребты, например, могут возникать из-за того, что ледяная оболочка с течением времени медленно растягивается и разрушается, потому что ее тянут и толкают океанические течения.
"До этого благодаря лабораторным экспериментам и моделированию было известно, что нагревание и охлаждение океана Европы может вызывать течения, — говорит Хэмиш Хей, исследователь из Оксфордского университета и ведущий автор исследования, опубликованного в JGR: Planets. Хей провел исследование, будучи научным сотрудником с докторской степенью в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии (JPL). — Теперь результаты подчеркивают связь между океаном и вращением ледяной оболочки, которая ранее никогда не рассматривалась".
Возможно даже что, используя измерения, которые будут получены в ходе предстоящей миссии НАСА Europa Clipper, можно будет с точностью определить, насколько быстро вращается поверхность спутника Юпитера. Когда ученые сравнят изображения, которые будут сделаны в рамках готовящейся миссии, со снимками, полученными в прошлом миссиями НАСА "Галилео" и "Вояджер", они смогут изучить расположение отдельных точек ледяной поверхности и, возможно, определить, изменилось ли положение оболочки с течением времени.
Десятилетиями планетологи спорили о том, может ли кора Европы вращаться быстрее, чем ее недра. Но вместо того, чтобы связывать это с движением океана, ученые сосредоточились на внешней силе: Юпитере. Они предположили, что, поскольку гравитация газового гиганта притягивает Европу, она также тянет за собой оболочку и заставляет ее вращаться немного быстрее.
"Для меня было совершенно неожиданно, что процессов в циркуляции океана, может быть достаточно, чтобы повлиять на ледяную оболочку. Это был огромный сюрприз, — говорит соавтор и научный сотрудник проекта Europa Clipper Роберт Паппалардо из JPL. — Также как и идея о том, что трещины и хребты, которые мы видим на поверхности Европы, могут быть связаны с циркуляцией океана внизу. Геологи обычно не думают: "Может быть, это делает океан".
Europa Clipper, который сейчас находится на этапе сборки, испытаний и запуска в JPL, должен отправиться в путь в 2024 году. Космический корабль выйдет на орбиту Юпитера в 2030 году. Там, во время примерно 50 пролетов мимо спутника газового гиганта он будет использовать свой набор сложных инструментов для сбора научных данных. Миссия направлена на то, чтобы определить, есть ли на Европе с ее глубоким внутренним океаном условия, подходящие для жизни.
Как горшок с водой
Используя методы, разработанные для изучения океана Земли, авторы статьи полагались на суперкомпьютеры НАСА для создания крупномасштабных моделей океана Европы. Они исследовали сложности циркуляции воды и влияние нагрева и охлаждения на это движение.
Ученые считают, что внутренний океан спутника Юпитера нагревается снизу из-за радиоактивного распада и приливного разогрева ядра. Подобно воде в кастрюле, которую нагревают на плите, теплые течения Европы поднимаются вверх.
В симуляциях циркуляция изначально двигалась вертикально, но вращение спутника в целом заставляло потоки отклоняться в более горизонтальном направлении. Исследователи, включив сопротивление в свои модели, смогли определить, что, если течения достаточно быстры, лед на поверхности может оказывать достаточное сопротивление, чтобы ускорить или замедлить скорость вращения оболочки. Сила этого внутреннего нагрева — и, следовательно, модели циркуляции в океане — может меняться со временем, потенциально влияя на вращение ледяной оболочки наверху.
По словам Хея, теперь, когда ученые знают о потенциальной связи внутренних океанов с поверхностями спутников, они могут более детально изучить их геологию, а также историю Европы.
Редактор: Илья Дочар
Источник: НАСА