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.