Многие спутники Сатурна, Урана и Нептуна, вероятно, скрывают океаны жидкой воды под многокилометровой ледяной оболочкой. Эти подземные океаны считаются одними из самых перспективных мест для поиска жизни за пределами Земли. Однако внешняя часть Солнечной системы напоминает космическое демонстрационное дерби: ученые подозревают, что некоторые нынешние луны — это пересобранные остатки более ранних поколений, разрушенных и восстановленных из космического мусора. Возникает вопрос: разрушают ли такие столкновения океан луны и вместе с ним шансы на жизнь? Об этом сообщает портал Phys.org.
Исследование под руководством Университета Мэриленда, опубликованное в журнале Nature Astronomy, дает ответ. Смоделировав сильные столкновения на замерзших лунах, исследователи обнаружили, что даже самые крупные удары не меняют принципиально способность этих ледяных миров удерживать океан. «Большой вопрос заключался в том, помогают ли эти разрушения лунам иметь океаны впоследствии или же они удаляют океан и возвращают луну в холодный мертвый мир», — объяснил ведущий автор исследования Марк Неве, научный сотрудник UMD. «Мы обнаружили, что эти большие столкновения не имеют большого значения для океанов. Если океан был раньше, он, скорее всего, будет и после, и наоборот».
В новом исследовании ученые соединили два типа компьютерных симуляций. Один воссоздавал физику космического удара, отслеживая, как миллионы фрагментов породы и льда разлетаются, нагреваются и слипаются. Другой моделировал медленное изменение недр луны на протяжении миллиардов лет, следя за накоплением и уходом тепла и за тем, может ли лед растаять в океан. Комбинируя эти методы, исследователи проследили за лунами радиусом примерно 500 и 1000 километров, которые сталкивались с меньшими космическими телами, разлетались и собирались заново. Затем команда ускорила 4,5 миллиарда лет «жизни после» каждой смоделированной луны и обнаружила, что размер лун играет большую роль, чем ожидалось.
«У более крупных лун энергия удара преобразуется в дополнительное тепло, которое может утолщать существующий океан на пару миллиардов лет. У меньших лун история обратная», — сказал Неве. «До столкновения у этих маленьких лун есть перемешанный внешний слой льда и породы, который действует как изолирующее одеяло, помогая удерживать тепло, поддерживающее океан. Удар все разрушает, и когда луна восстанавливается, порода опускается в центр, а лед всплывает наверх. Маленькой луне становится труднее сохранять океан, потому что одеяло исчезло, но ни в одном случае столкновение не создало океан, который в противном случае остался бы замерзшим».
Результаты применимы к целому семейству реальных миров, которые NASA и другие космические агентства планируют исследовать, включая средние спутники Сатурна Мимас, Энцелад, Тефию, Диону и Рею; спутники Урана — Миранду, Ариэль, Умбриэль, Титанию и Оберон; и крупный спутник Нептуна Тритон. Один из спутников Сатурна, Рея, уже привлек внимание команды как возможный тестовый пример, потому что его древние кратеры выглядят странно сглаженными и смягченными — почти как будто нагретыми изнутри. «Это как строить снеговика зимой, а через неделю из-за потепления и солнечного света снеговик тает», — пояснил Неве. «Кратеры Реи выглядят сглаженными, но это было не солнце. Тепло шло снизу. Давнее столкновение, усилившее подземный океан, могло бы объяснить, почему луна выглядит так».
Результаты дают новое понимание для будущих миссий к этим ледяным мирам. Знание того, какие луны с наибольшей вероятностью содержат воду, может помочь решить, куда отправлять космические аппараты и что искать — от гравитационного отпечатка скрытого океана до соленых отложений и ледяных «криовулканов» на поверхности. Это также влияет на чувствительность приборов для поиска жизни. «Если там всего несколько микробов, вы не будете проектировать такую же поисковую миссию, как если бы океан был полон китов», — сказал Неве. «Тип жизни, которую мы ищем, определит, какие инструменты нам нужно разработать». Он предупредил, что история столкновений луны — лишь один фактор, формирующий ее потенциал для жизни; другие, такие как приливное тепло, важны не меньше.
Для Неве исследование — часть более крупной головоломки, включающей то, как приливы нагревают океаны планет и как меняющиеся орбиты лун приводят их к столкновениям. «В будущем я хотел бы нажать кнопку воспроизведения на системе лун и посмотреть, как они движутся, как сталкиваются и как меняются их недра», — сказал Неве. «Возможно, тогда мы сможем реконструировать, что произошло вокруг Сатурна, Урана и Нептуна».