Ученые разгадывают тайну вращающегося ледяного панциря Европы

Европа — самый гладкий твердый объект в Солнечной системе благодаря толстой ледяной оболочке. Тем не менее, под своей гладкой поверхностью четвертый по величине спутник Юпитера, похоже, таит секреты, а именно глубокий соленый океан с интригующим потенциалом для инопланетной жизни.

Этот океан делает Европу главной целью научных исследований, включая две отдельные орбитальные миссии, которые должны быть запущены к Юпитеру в течение следующих двух лет.

И хотя для прибытия любого зонда потребуется еще несколько лет, ученые уже изучают Европу другими способами, собирая информацию из наблюдений с помощью телескопов, предыдущих облетов зондов, лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования.

В новом исследовании ученые из Лаборатории реактивного движения (JPL) и Университета Хоккайдо в Японии использовали суперкомпьютеры НАСА для изучения менее известной особенности Европы: почему ледяная оболочка вращается быстрее, чем внутренняя часть?

Согласно их исследованиям, несинхронное вращение поверхности может быть вызвано океанскими течениями, толкающими лед снизу. Это большое открытие, объясняет ведущий автор и исследователь Лаборатории реактивного движения Хэмиш Хэй; это откровение, которое может дать новые подсказки о том, что там происходит.

«До этого благодаря лабораторным экспериментам и моделированию было известно, что нагрев и охлаждение океана Европы может вызывать течения», — говорит Хэмиш Хэй. «Теперь наши результаты подчеркивают связь между океаном и вращением ледяной оболочки, которая ранее никогда не рассматривалась».

Ледяная оболочка плавает в океане Европы, поэтому она может вращаться независимо от остальной части спутника, включая океан, каменистые недра и металлическое ядро. Ученые давно подозревали это, но силы, управляющие вращением оболочки, оставались загадочными.

Европа подвержена приливному влиянию Юпитера, который искажает ее своим мощным гравитационным притяжением. Это колоссальное перетягивание каната вызывает трещины в ледяной оболочке Европы и, вероятно, генерирует часть тепла мантии и ядра.

Считается, что вместе с тепловой энергией, высвобождаемой в результате радиоактивного распада, это тепло из недр Европы поднимается через океан к замерзшей поверхности.

В сочетании с вращением Европы и другими факторами этот вертикальный температурный градиент должен питать довольно мощные океанские течения.

И, согласно оценкам исследования, эти течения могут быть достаточно мощными, чтобы сдвинуть глобальную ледяную оболочку. Никто точно не знает, насколько толстая эта оболочка, но оценки колеблются от 15 до 25 километров.

Хотя ученые знали, что ледяная оболочка Европы, вероятно, вращается сама по себе, они сосредоточились на гравитационном влиянии Юпитера как на движущей силе.

Исследователи использовали суперкомпьютеры НАСА для создания сложных симуляций океана Европы, заимствуя методы, которые использовались для моделирования океанов на Земле.

Эти модели позволяют им глубже вникнуть в детали циркуляции воды на Европе, в том числе то, как на эти закономерности влияет нагрев и охлаждение океана.

Ключевым направлением исследования было сопротивление, или горизонтальная сила океана, толкающая лед над ним. Принимая во внимание сопротивление в своих симуляциях, исследователи обнаружили, что некоторые более быстрые течения могут создавать сопротивление, достаточное для ускорения или замедления вращения ледяного панциря Европы.

Хотя этот эффект зависит от скорости течения, исследователи отмечают, что внутренний нагрев Европы может меняться со временем. Это может привести к соответствующему изменению скорости океанских течений, что, в свою очередь, приведет к ускорению или замедлению вращения ледяной оболочки.

Ученые отмечают, что это исследование может быть применимо не только к пониманию Европы, но и к другим океаническим мирам, где особенности поверхности могут дать подсказки о водах, скрытых подо льдом.

Космический аппарат ESA Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) планируется запустить в апреле 2023 года, чтобы он мог начать свой полет для изучения трех больших океанических спутников Юпитера: Ганимеда, Каллисто и Европы.

В конце 2024 года НАСА планирует запустить свой орбитальный аппарат Europa Clipper, который совершит почти 50 облетов с близкого расстояния, чтобы исследовать потенциальную обитаемость спутника Юпитера. По словам авторов нового исследования, возможно, он даже сможет точно измерить, насколько быстро вращается ледяной панцирь Европы.

Исследование было опубликовано в JGR Planets.