Внешние планеты Солнечной системы окружены десятками спутников, закованных в толстые ледяные панцири. Ученые полагают, что под поверхностью некоторых из этих миров, таких как спутник Сатурна Энцелад, скрываются обширные океаны жидкой воды. Поскольку вода – ключевой элемент для жизни в ее известной нам форме, эти ледяные луны считаются одними из самых перспективных мест для поиска внеземных организмов.
Новое исследование, опубликованное в журнале «Nature Astronomy», проливает свет на процессы, происходящие глубоко под замерзшей корой, и предлагает объяснение загадочным ландшафтам, наблюдаемым на нескольких таких спутниках. «Мы заинтересованы в процессах, которые формируют их эволюцию на протяжении миллионов лет, и это позволяет нам представить, как может выглядеть поверхность мира с подледным океаном», – отмечает ведущий автор работы Макс Рудольф из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Движущей силой геологической активности на этих лунах является приливный нагрев. Гравитационное воздействие планет-гигантов и соседних спутников буквально сжимает и растягивает ледяные миры, генерируя внутреннее тепло. Когда нагрев усиливается, ледяная оболочка тает и утончается. Когда он ослабевает – вода снова замерзает, и панцирь утолщается. Ранее ученые установили, что утолщение льда, который занимает больше объема, чем вода, создает огромное давление, способное порождать гигантские трещины, известные как «тигровые полосы» на Энцеладе.
В новой работе исследователи рассмотрели обратный сценарий: что происходит, когда ледяная кора тает снизу? По их расчетам, этот процесс может привести к закипанию подледного океана. По мере того как лед превращается в менее плотную жидкую воду, давление внутри спутника падает. На относительно небольших лунах, таких как спутники Сатурна Мимас и Энцелад или спутник Урана Миранда, это падение может быть настолько значительным, что вода достигает так называемой тройной точки – состояния, при котором она может одновременно существовать в виде льда, жидкости и пара.
Именно этот процесс – кипение океана под поверхностью – мог сформировать поразительные геологические образования на Миранде. Снимки, сделанные аппаратом «Вояджер-2», показывают на ее поверхности огромные хребты и крутые утесы, названные «коронами». По мнению ученых, они являются прямым следствием бурных процессов в скрытом океане. Размер спутника играет решающую роль: на более крупных лунах, вроде спутника Урана Титании, падение давления, скорее всего, привело бы к растрескиванию коры еще до достижения тройной точки. Поэтому ее рельеф может отражать более сложный цикл таяния и последующего замерзания.
Даже Мимас, известный как «Звезда Смерти» из-за гигантского кратера и кажущейся геологической безжизненности, может скрывать океан. На это указывает легкое покачивание спутника при вращении. Новая теория объясняет его «спокойную» поверхность тем, что ледяная кора Мимаса достаточно прочна, чтобы выдерживать изменения давления без образования трещин. Таким образом, изучение внутренней активности ледяных миров помогает ученым, подобно геологам на Земле, читать историю этих далеких планет и понимать, почему их поверхности выглядят именно так, как мы их видим сегодня.
