Гравитационное притяжение спутников Юпитера может объяснять их тепло
Новое исследование Университета Аризоны показывает, что четыре самых больших спутника Юпитера относительно теплые благодаря приливным силам, вызванным притягивающими друг друга гравитационными полями спутников. Этот приливный нагрев может помочь объяснить, как развивалась лунная система Юпитера.
С тех пор, как в 1973 году над Юпитером пролетел «Пионер-10», эта планета-гигант преподнесла много сюрпризов. Одной из наиболее трудных задач является то, что галилеевы спутники Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, самые большие четыре из 80 спутников Юпитера, не являются замороженными шарами из камня и льда, которых можно было бы ожидать в 778 миллионов км от Солнца.
Вместо этого три луны достаточно теплые, чтобы иметь под поверхностью глобальные океаны, а внутренняя часть четвертой настолько горячая, что пронизана действующими вулканами.
Очевидным объяснением этого являются приливные силы, создаваемые притяжением Юпитера, которые по мере того, как они растягиваются и давят на спутники, нагревают их достаточно, чтобы внутри образовались жидкие недра, которые не остывают в течение геологического времени.
Однако, по словам команды ученых во главе с Хэмишем Хэем, научным сотрудником Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, эти юпитерианские приливы недостаточно сильны, чтобы объяснить такое сильное нагревание.
Это связано с тем, что галилеевы спутники слишком малы для того, чтобы вызывать такие большие приливные отклики, которые необходимы для такого значительного нагрева, но добавление гравитационного притяжения других лун в системе Юпитера помогает сбалансировать тепловые сдвиги. Это связано с явлением, известным как приливный резонанс.
«Резонанс создает намного больше тепла», — говорит Хэмиш Хэй. «По сути, если вы толкнете какой-либо объект или систему и отпустите, она будет колебаться с собственной частотой. Если вы продолжите толкать систему на нужной частоте, эти колебания будут становиться все больше и больше. Если вы толкнете качели в нужное время, они поднимутся выше, но время будет неверным, и движение будет затухать.
«Эти приливные резонансы были известны до этой работы, но известны только из-за приливов, вызванных Юпитером, которые могут создавать этот резонансный эффект только в том случае, если океан действительно мелкий (менее 300 метров), что маловероятно. Когда приливные силы воздействуя на глобальный океан, он создает приливную волну на поверхности, которая в конечном итоге распространяется вокруг экватора с определенной частотой или периодом».
Запустив компьютерные модели, ученые показали, что одного Юпитера недостаточно для создания правильной резонансной частоты в лунах, но когда другие спутники вводятся в уравнения, приливные силы начинают соответствовать резонансной частоте каждой луны. Это производит больше тепла, и внутренняя вода тает, если подповерхностные океаны находятся в правильном диапазоне толщины, что намного ближе к текущим оценкам.
В дополнение к предоставлению механизма для объяснения нагрева галилеевых спутников, модель может также помочь вычислить истинную глубину их океанов.
Исследование было опубликовано в Geophysical Research Letters.