Астрономія
Астрономія

Тепло ядер крижаних супутників Урана може зберегти їм рідкі океани

Американські планетологи оцінили імовірність існування рідких океанів під поверхнями супутників Урана Титанії і Оберона. Так, навіть не зважаючи на припливне нагрівання від Урана, їхнє власне ядерне тепло здатне вберегти багаті на аміак водойми у рідкому стані. Свою модель термічної еволюції Титанії і Оберона дослідники опублікували у журналі Icarus. За їхніми словами, вона підійде і для інших супутників Урана.

NASA

NASA

Що ми знаємо про супутників Урана?

У сьомої від Сонця планети нашої системи, Урана, на даний момент відомо 27 природних супутників, з яких прийнято виділяти лише п'ять найбільших (і найкругліших) — Міранду, Аріель, Умбріель, Титанію та Оберон. Однак через те що планета розташована далеко, близько підібратися до неї зміг лише «Вояджер-2» у 1986 році. Хоча крижані планети-гіганти, Уран і Нептун, є відносно незвіданим класом планет, сьогодні ми знаємо багато таких і навколо інших зірок. А оскільки більша частина нашої інформації про свої власні крижані планети отримана завдяки прольотам ще в 1980-х роках, інтерес до них зростає.

Обліт системи Урана за допомогою космічного корабля «Вояджер-2» приніс кілька зображень, які розкривають геологію поверхні кожного з цих супутників. Втім, після «Вояджера-2» астрономи повсякчас знаходили підповерхневі океани на крижаних супутниках із зовнішньої частини Сонячної системи. За останні 30 років дослідження з космічних апаратів показали, що багато з цих тіл є «океанічними світами», що мають великі обсяги рідкої води під своїми крижаними панцирями. І у своїй роботі дослідники Аризонського та університету Каліфорнія Санта Круз Карвер Бієрсон (Carver J. Bierson) та Францис Німмо (Francis Nimmo), враховуючи можливість нових місій на Уран, вирішили змоделювати теплову еволюцію його супутників, щоб вирахувати імовірність існування у них підповерхневих океанів.

П'ять найбільших супутників Урана у порядку збільшення відстані від нього. Зліва направо  —  Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія та Оберон. NASA / JPL

П'ять найбільших супутників Урана у порядку збільшення відстані від нього. Зліва направо — Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія та Оберон. NASA / JPL

Як тече океан під кригою?

Два основні внутрішні джерела тепла для крижаних супутників — це припливне нагрівання та процеси ядерного розпаду у ядрах тіл. Припливні сили Урана зіграли свою роль у геологічній активності його супутників Міранди та Аріель. Однак вони є найближчими до своєї планети-господаря, а припливне нагрівання різко знижується у міру віддалення від неї. Таким чином, очікувати на його значний вплив для зовнішніх супутників, Титанії та Оберона, не варто.

Втім, ще одним із джерел тепла може бути ядерний розпад у ядрі. Він, наприклад, підтримує розігріте до п'яти тисяч градусів ядро ​​Землі рідким, що зберігає наше магнітне поле. Його і вирішили розрахувати для Титанії та Оберона у цій роботі — чи вистачить його тепла, щоб зберегти їхні підповерхневі океани у рідкому вигляді.

Які океани можуть бути на Титанії та Обероні?

Застосовуючи цю модель, вчені виявили, що одного нагрівання реакціями ядерного розпаду недостатньо для утворення океану на невеликих супутниках Урана — Міранді, Аріель або Умбріель. Але більші супутники — Титанія і Оберон — могли б створити значні підповерхневі океани, які можуть зберігатися протягом мільярдів років. Для всіх супутників, крім Міранди (яка значно менша і менш щільна), поверхневі теплові потоки становлять від 1 до 4 мегават на кожен квадратний метр поверхні. Тож для Титанії і Оберона припливне нагрівання не потрібне, хоча воно, безумовно, посприяло б збереженню океану.

Тривалість життя будь-якого підповерхневого океану, що утворюється, контролюється швидкістю, з якою тепло втрачається через крижану оболонку. Якби оболонки Титанії та Оберона були непористими, їхні океани зникли б ще пів мільярда років тому. Однак, якщо крижаний панцир пористий, теплопровідність значно знизиться. А якщо в океані є аміак, температура плавлення також знизиться, що зменшить потік тепла з океану.

Таким чином, модель передбачає, що якби пористість крижаної оболонки Оберона чи Титанії становила понад 12 відсотків, а аміаку в океані було більше 10 відсотків, тепло від радіоактивного розпаду в ядрі могло б забезпечити достатньо тепла для підтримки рідкого океану завтовшки більше кілометра.

Також раніше ми розповідали, що підповерхневий океан супутника Сатурна Енцелада може містити течії, а шлейфи на супутнику Юпітера Європі можуть походити з невеликих резервуарів води біля поверхні. Також карликова планета Церера виявилася придатною для існування на ній океанів, а більше про позаземну солону воду ми розповідали у нашому матеріалі «Прихований океан».


Фото в анонсі: NASA