Siły pływowe mogą podtrzymywać oceany na odległych globach

Pluto i Chaton sfotografowane przez sonde New Horizons

Podpowierzchniowe oceany na zamarzniętych, transneptunowych globach? Naukowcy z NASA zaprezentowali artykuł, w którym wyjaśniają możliwe mechanizmy podtrzymywania warstw wody na tych obiektach.

Temperatury na obiektach transneptunowych wynoszą dużo poniżej -200'C, mimo tego pod ich lodową powierzchnią mogą istnieć oceany.
Jak to możliwe? Jednym ze źródeł ciepła, które mogłoby podtrzymywać wodę w stanie ciekłym jest rozpad pierwiastków promieniotwórczych, które zostały nagromadzone wewnątrz globów w trakcie ich formowania. Ciepło generowane w ten sposób jest w stanie roztopić warstwę lodu i utworzyć podpowierzchniowy ocean, który może być utrzymywany nawet przez miliardy lat.

Z biegiem czasu pierwiastki promieniotwórcze rozpadają się, przyjmując bardziej stabilne formy, które przestają wydzielać ciepło. Wewnętrzna temperatura na lodowych globach spada, co w ostateczności prowadzi każdy podpowierzchniowy ocean do zamarznięcia. Taki los prawdopodobnie spotkał oceany wielu transneptunowych obiektów. Czy oznacza to, że próżno szukać tam ciekłej wody? Naukowcy z NASA twierdzą, że może istnieć inny mechanizm skutecznie podtrzymujący warstwy wody na takich obiektach.

Prabal Saxena z Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda, pierwszy autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie Icarus twierdzi, że oddziaływania grawitacyjne pomiędzy obiektami tansneptunowymi a ich księżycami mogą w istotny sposób przedłużyć istnienie podlodowych oceanów. Dotyczy to zwłaszcza układów, w których występują wyraźne siły pływowe. Gdy księżyc powstaje z materii wyrzuconej podczas kolizji dwóch dużych ciał, minie wiele czasu zanim osiągnie stabilną, niemal kołową orbitę wokół swojej macierzystej planety. Zanim to nastąpi, oddziaływania grawitacyjne pomiędzy planetą, a księżycem (lub księżycami) powodują w ich wnętrzu procesy grzania pływowego.

Grzanie pływowe dostarcza dodatkowego ciepła, które może utrzymywać wodę w postaci oceanów, nawet gdy wyczerpią się zapasy pierwiastków promieniotwórczych. Dodatkowo, autorzy artykułu twierdzą, że taki "grawitacyjny taniec" obiektów transneptunowych z ich księżycami może przyczyniać się do topnienia wyżej położonych warstw lodu, przez co wodne oceany mogą być bardziej dostępne do zbadania.

Czy istnieją dowody na istnienie podpowierzchniowych, wodnych światów na obiektach krażących za orbitą Neptuna? Tylko pośrednie. Średnia gęstość materii niektórych z tych obiektów jest podobna do innych ciał, w stosunku do których istnieje wielkie prawdopodobieństwo posiadania podlodowych oceanów. Kolejnym dowodem może być obserwowana obecność krystalicznego lodu. Ze względu na niskie temperatury oraz wpływ promieniowania kosmicznego, lód powienien być tam w formie amorficznej. Krystaliczny lód pochodzić więc może z erupcji kriowulkanicznych. Takie erupcje, powodowane przez grzanie pływowe mogą występować w systemach Plutona, Sedny i innych wystarczająco dużych transneptunowych obiektów.  

W najbliższej przyszłości naukowcy zamierzają udoskonalić zaproponowany przez siebie model, w celu określenia jak długo podpowierzchniowe oceany mogą być podtrzymywane przez grzanie pływowe. Kolejną zagadką do rozwiązania jest kwestia genezy oceanów. Czy powstają niemal natychmiast po utworzeniu się danego obiektu, czy stopniowo wskutek inicjacji procesów powodujących roztopienie się wewnętrznej, lodowej warstwy? Według naukowców, istnienie podlodowych warstw wody na odległych globach w znacznym stopniu powiększa liczbę znanych obiektów, rozpatrywanych jako możliwe miejsca rozwoju życia pozaziemskiego. 

Więcej informacji:

 

Źródło: NASA

Na ilustracji: Pluton i jego księżyc Charon sfotografowane przez sondę New Horizons. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI