Настоящий ажиотаж окружает миссию НАСА Юнона, которая отправится на орбиту Юпитера этим летом, и будущие миссии, которые планируют исследовать льды его луны – Европы. Новые исследования странных свойств лунной потрескавшейся коры могут выявить некоторые интересные моменты о подповерхностном океане Европы.
Исследователи из университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд, владеют объединенными наблюдениями Европы с компьютерными моделями и лабораторными экспериментами, которые помогут выявить приливные сжатия, вызванные огромным гравитационным полем Юпитера. Что в свою очередь может привести к тому, что фрагментированный лед луны генерирует больше тепла, чем думали, создавая новые захватывающие возможности для поиска жизни на Европе.
Перед тем как Вояджер и Пионер НАСА совершили свои полетные миссии в 1970-х годах, а затем миссии Галилео в 1990-е годы, у нас было мало знаний о динамической природе спутников Юпитера. «Ученые ожидали увидеть холодные, мертвые места, но сразу же были ошарашены их поразительными поверхностями, – говорит Кристин Маккарти, из Колумбийского университета, которая проводила исследования льдов Европы будучи аспирантом в университете Брауна. – «Была явно какая-то тектоническая активность – все двигалось и трещало. Были также места на Европе, которые выглядят как расплавленный или кашицеобразный лед».
В настоящее время известно, что Европа обладает обширным подповерхностным океаном воды, защищенным фрагментированной ледяной коркой, что, как представляется, движется так же, как континентальные плиты на Земле. Приливное давление в орбите Европы вокруг Юпитера создает внутреннюю динамо-машину, которая мягко нагревает луну из ядра, поддерживая океан в жидком состоянии. Кроме того, движение ледяных пластин, как полагают, генерирует свое собственное тепло через фрикционные процессы на границах. Также как и тепло, выделяющееся при неоднократном изгибе проволоки вешалки, тепло рассеивается через неоднократные приливные изгибы коры Европы в этих границах.
Но мелкомасштабные процессы, стоящие за этой приливной диссипацией плохо изучены и, возможно, были крайне занижены.
«Люди используют простые механические модели для описания льда, – сказала Маккарти, – они не изучали виды тепловых потоков, которые создали бы эту тектонику. Таким образом, мы провели несколько экспериментов, чтобы попытаться лучше понять этот процесс».
Для того чтобы имитировать то, что может быть происходит в коре Европы, Маккарти возглавила проект по имитации приливного давления, которое будет ощущаться льдом Европы в лаборатории. Загрузив образцы льда в устройство сжатия в Университете Брауна, можно будет измерить степень деформации и нагрева.
До сих пор не выдвигались предположения, что большая часть нагрева происходит от трения между отдельными гранулами льда. Это позволяет предположить, что нагрев трений напрямую связан с размером гранул. Но при изменении размера гранул льда в образцах, Маккарти не заметила никакой разницы в тепловом потоке. Вместо этого она поняла, что большая часть нагрева происходит от микроскопических дефектов в кристаллической структуре льда, так как лед был деформирован. Чем больше деформация, тем больше генерируется тепла.
«Кристина обнаружила, что, по сравнению с моделями, используемых сообществом, лед более диссипативный, чем думали люди, – сказал коллега Рид Купер из университета Брауна. – Красота этого заключается в том, что, как только мы получим физический порядок, он становится удивительно экстраполяционным.
«Эти физические особенности являются первым порядком в понимании толщины оболочки Европы. В свою очередь, толщина оболочки по отношению к объемной химии луны важна для понимания химии этого океана. И если вы ищете жизнь, то химия океана – это важный момент».
Короче говоря, осознание того, что микроскопическая структура льда генерирует тепло, и что тепло, выделяемое больше, чем может быть получено путем фрикционного нагрева помогает ученым узнать гораздо больше о физике ледяной корки Европы и, следовательно, открыть новое окно в химию океана жидкой воды, расположенной ниже.
Поскольку НАСА планирует благодаря будущей миссии «Европа Клиппер» изучить один из самых захватывающих миров в Солнечной системе, это фундаментальное исследование поможет лучше понять обитаемый потенциал таинственного океана Европы.