Астрономія
Астрономія

Мімас міг зберегти цілісність крижаної оболонки і океан під нею

Американські планетологи створили нове моделювання на основі даних спостережень «Кассіні» та дійшли висновку, що або ядро супутника Сатурна Мімаса несиметричне, або супутник приховує під своєю крижаною корою океан. Досі на океан на Мімасі і не розраховували, тим паче, що не помічали за ним геологічної активності. Але, так само як і Енцелад, Мімас може підігрівати Сатурн, а відтак за умови товщини криги до 29 кілометрів, навіть підтримувати на ньому рідкий підповерхневий океан. Як зберегти океан під кригою і не видати його гейзерами, вчені повідомили в журналі Icarus. Підтвердити або спростувати їхню здогадку допоможуть дані про поверхневий тепловий потік на супутнику.

NASA / JPL / Space Science Institute

NASA / JPL / Space Science Institute

Чим Мімас відрізняється від Енцелада?

З усіх 82 супутників Сатурна, імовірно, найвідомішим є Енцелад. 2005 року станція «Кассіні» побачила біля його південного полюса величезні гейзери - з розломів, названих «тигровими смугами» щосекунди виривається близько 250 кілограмів пари. Так ми дізналися про величезний океан під крижаною поверхнею Енцелада, який підігрівається процесами у надрах супутника, а також впливом його батьківської планети-газового гіганта. Враховуючи, що Сатурн — друга за розмірами планета Сонячної системи, її нагрівання мало б впливати і на сусіда Енцелада - Мімаса.

Це сильно вкритий кратерами «звичайний» внутрішній супутник, якого іноді називають «Зіркою Смерті» Сатурна через величезний 135-кілометровий кратер Гершель (це майже третина діаметра самого Мімаса!). Він набагато ближчий до Сатурна і ексцентричніший за Енцелад, а тому мав би сильніше переживати нагрівання. Але судячи зі спостережень, Мімасу не вистачило внутрішнього нагрівання, щоб простимулювати геологічну активність. Відсутність її на ньому планетологи схильні пояснювати тим, що поки Енцелад нагрівався і танув, щоб реагувати на припливні сили газового гіганта, Мімас залишився повністю замороженим і від того мінімально схильним до деформацій.

Однак у новій роботі дослідники Інституту планетології США, а також Південно-західного дослідницького інституту Техасу, створили нове моделювання, за яким Мімасу все ж вдається підтримувати рідкий океан, хоч і замкнений під шаром криги.

Мімас (зліва) поруч з Енцеладом. Alyssa Rose Rhoden et al. / Icarus, 2022

Мімас (зліва) поруч з Енцеладом. Alyssa Rose Rhoden et al. / Icarus, 2022

Чому на замороженому Мімасі все одно має бути океан?

Як і наш Місяць, Мімас прив'язаний до своєї орбіти припливами і завжди звернений до Сатурна майже одним і тим самим боком. Тобто тіла замкнені у спін-орбітальному резонансі 1:1. Однак обертальний та орбітальний періоди супутника трохи обганяють один одного, тому зі сторони Сатурна навіть здається, що Мімас розгойдується туди й назад. Власне, це планетологами і оцінюється як головне свідчення наявності води під поверхнею Мімаса, навіть якщо жодних натяків на гейзери чи іншу геологічну активність немає.

Дані «Кассіні» за цими розгойдуваннями узгоджуються з моделями для підповерхневого океану в інших схожих тіл. Однак це все за умови, що припливне нагрівання на Мімасі достатньо велике, щоб не допустити замерзання океану, але недостатнім, щоб зруйнувати крижану оболонку глибиною у десятки кілометрів. Це цілком можливо, а тому вчені і вважають, що наявність океану на Мімасі не можна виключати лише на підставі того, що величина припливної напруги у всіх відомих нам позаземних океанах зазвичай нижча, ніж межа міцності льоду.

Ця різниця і провокує тріщини на Європі та Енцеладі, але сама руйнація, як наприклад, «тигрові смуги» Енцелада, можлива лише під час фаз замерзання океану та потовщення крижаного панцира. Тож відсутність подібних пошкоджень на Мімасі можна пояснити тим, що його океан ще жодного разу не замерзав за весь час існування супутника, а самого лише припливного напруження недостатньо, щоб зруйнувати йому крижану оболонку.

Як зберегти прихований океан?

У новому моделюванні планетологи ще раз оцінили припливне нагрівання, яке може провокувати ексцентрична орбіта Мімаса та його власні коливання. У симуляції вони змінювали лише товщину оболонки, щоб оцінити базовий тепловий потік, необхідний для її підтримки у цілісному вигляді. Так можна зрозуміти, чи підходять умови відносин Мімаса з Сатурном, щоб підтримувати рідкий океан під поверхнею одного з них.

Так вчені з'ясували, що для того, аби на Мімасі міг існувати океан, який би пояснив його коливання, супутнику необхідний тепловий потік від 22 до 28 міліватів на квадратний метр поверхні, а також крижана оболонка товщиною від 24 до 31 кілометра і власне нагрівання від ядра у діапазоні від 0,76 до 0,01 мілівата на квадратний метр. Якби нагрівання Мімаса було вищим, він не зміг би втримувати свою оболонку цілісною, тому для підтвердження необхідні додаткові дослідження теплового впливу Сатурна на свій супутник. Дані ж про власне нагрівання з надр збігаються з теоретичними щодо таких тіл.

Звідки Мімас міг взяти океан?

Моделі коеволюції Сатурна з його супутниками показують, що Мімас навряд міг би утворитися без припливних хвиль, які можуть утворити океан і закруглити орбіту. Втім, незважаючи на те, що нове моделювання врахувало більше параметрів, воно не врахувало інші моделі утворення супутника. Мімас, наприклад, міг утворитися разом або до кілець Сатурна. У такому випадку, незважаючи на те, чи молодший Мімас за кільця, чи одного з ними віку (приблизно мільярд років), ці події не дали б океану утворитися.

І хоча планетологам також вдалося обійти обмеження, накладені відсутністю на Мімасі тектонічної активності, це веде до того, що його крижана оболонка майже не змінювалася з часу утворення. Це суперечить тому, що супутник збільшує свою орбіту (і заразом втрачає вплив припливного нагрівання від взаємодії з Сатурном). Але Мімас міг компенсувати цю втрату, збільшивши у минулому свій ексцентриситет, взаємодіючи з іншими супутниками Сатурна чи його кільцями.

Тому поки у нас нема достатньо даних про еволюцію Мімаса, неможливо достеменно сказати про імовірність утворення на ньому океану. Його коливання навколо положення рівноваги залежать головним чином внутрішньої структури, тому цілком можливо, що вони вказують не на океан, а на несиметричність ядра супутника. Щоб це перевірити, вченим необхідні нові спостереження за системою Сатурна, щоб оцінити тепловий вплив на його супутники, а також їхні характеристики.

Якщо вдасться довести, що на Мімасі є океан, він стане представником нового класу маленьких, «невидимих» океанічних світів, поверхні яких не видають існування океану. Наприклад, супутники Урана, для яких нещодавно визнали можливим існування води: власне ядерне тепло Титанії і Оберона здатне вберегти під їхніми поверхнями багаті на аміак водойми у рідкому стані. А припливне нагрівання планет-сирот, які втратили свою батьківську зірку, може підтримувати такі на їхніх супутниках. Більше про такі світи ми розповідали у матеріалі «Прихований океан», а нові моделі далеких супутників Урана.


Фото в анонсі: NASA / JPL / Space Science Institute