Удар не приговор: даже разрушительные столкновения сохраняют океаны ледяных лун

Ученые из Университета Мэриленда выяснили, что даже самые разрушительные столкновения не лишают ледяные луны их подповерхностных океанов, а в некоторых случаях делают эти океаны больше. Исследование, объединившее два типа компьютерного моделирования, опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Ледяные луны внешней Солнечной системы это не просто безжизненные тела, мчащиеся по своим орбитам. Под их промерзшей корой могут скрываться целые моря жидкой воды, а значит, и потенциальные убежища для жизни. Но у этих миров непростая судьба. За миллиарды лет своего существования они переживали жестокие космические столкновения: огромные камни и ледяные глыбы врезались в них с такой силой, что луны разлетались на куски, а потом вновь собирались из обломков.

До сих пор было неясно, что происходит с подледным океаном в момент такой катастрофы, исчезает ли он навсегда или, наоборот, получает дополнительный импульс к существованию. Команда исследователей под руководством Марка Неве из Университета Мэриленда решила проверить это напрямую, соединив в одной модели бурные сценарии столкновений с медленной эволюцией недр луны на протяжении миллиардов лет.

Для этого ученые использовали два совершенно разных подхода к моделированию. Первый воссоздавал сам удар: он отслеживал, как миллионы фрагментов камня и льда разлетаются, нагреваются и слипаются заново. Второй описывал, как спутник живет после этого, как тепло из его центра постепенно просачивается наружу, как лед может таять и превращаться в океан или, наоборот, замерзать. Исследователи рассмотрели луны двух размеров, примерно 500 и 1000 километров в радиусе, сталкивающиеся с более мелкими телами, а затем проследили их судьбу на 4,5 миллиарда лет вперед. Результат оказался неожиданным даже для самих авторов работы.

Оказалось, что размер луны играет куда более важную роль, чем считалось. На крупных энергия столкновения не уничтожает океан, а превращается в дополнительное тепло, которое может поддерживать и даже увеличивать его толщу в течение миллиардов лет. На маленьких лунах ситуация иная: до удара их внешний слой представляет собой хаотичную смесь льда и камня, которая работает как теплое одеяло и помогает сохранять жидкую воду.

Столкновение перемешивает все это, камень опускается к центру, а лед всплывает наверх. Одеяло исчезает, и маленькой луне становится сложнее удержать океан. Но ни в одном из случаев столкновение не создало океан там, где его не было бы и без удара. Иными словами, катастрофа может изменить толщину или продолжительность жизни океана, но не может превратить изначально замерзший мир в водный.

Эти выводы имеют прямое отношение к реальным мирам, которые планируют исследовать космические агентства. Среди них спутники Сатурна Мимас, Энцелад, Тетис, Диона и Рея, спутники Урана Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон, а также крупный спутник Нептуна Тритон. Особый интерес у команды вызвала Рея: ее древние кратеры выглядят на удивление сглаженными, словно их размягчили изнутри. Это может быть следом давнего столкновения, которое запустило образование внутреннего океана.

Понимание того, на каких лунах вода наиболее вероятна, поможет точнее выбирать цели для будущих миссий и определять, какие приборы смогут обнаружить следы жизни — от гравитационных аномалий до солевых отложений и ледяных вулканов. Впрочем, как отмечают исследователи, история столкновений лишь один из факторов, и приливный нагрев может играть не меньшую роль. В дальнейшем они планируют построить модель целой системы спутников, чтобы проследить их движение, столкновения и изменения внутреннего строения, и возможно, тогда удастся воссоздать то, что происходило вокруг Сатурна, Урана и Нептуна.

В результате исследования ученые выяснили, что даже самые масштабные столкновения не уничтожают подповерхностные океаны ледяных лун и не создают новые океаны там, где их не было. На крупных лунах удар может даже увеличить глубину океана, тогда как на маленьких он, наоборот, затрудняет его сохранение, но в целом наличие или отсутствие воды определяется не столкновением, а исходными условиями и размерами небесного тела.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях