Orbitalny taniec może wspomagać przetrwanie oceanów na lodowych globach

Zdjęcie Plutona i jego największego księżyca Charona wykonane przez sondę New Horizons 14 lipca 2015 roku.

Ciepło wytwarzane przez grawitacyjne przyciąganie księżyców  powstałych wskutek masywnych kolizji może wydłużać czas życia oceanów ciekłej wody pod powierzchnią dużych lodowych globów  w zewnętrznym Układzie Słonecznym – wskazują wyniki badań przeprowadzonych przez naukowców z NASA. To znacznie zwiększa liczbę miejsc, w których możemy szukać życia pozaziemskiego.

„Takie obiekty powinny być postrzegane jako potencjalne rezerwuary wody i życia” mówi Prabal Saxena z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku Icarus. „Jeżeli uzyskane przez nas wyniki są prawidłowe, to w naszym Układzie Słonecznym może być więcej miejsc posiadających składniki niezbędne do powstania życia”.

Te lodowe światy można znaleźć poza orbitą Neptuna i obejmują one między innymi Plutona i jego księżyce. To tak zwane obiekty trans-neptunowe (TNO), które znajdują się zbyt daleko od Słońca, aby posiadać wodę w stanie ciekłym na powierzchni – temperatura w tych rejonach nie przekracza -200 stopni Celsjusza. Niemniej jednak, dowody wskazują, że pod lodową skorupą mogą znajdować się nadal warstwy ciekłej wody. W ekstremalnie niskich temperaturach panujących na powierzchniach tych obiektów, lód wodny przyjmuje nieuporządkowaną, amorficzną formę. Co więcej, promieniowanie kosmiczne zamienia krystaliczny lód wodny w jego amorficzną formę, a to oznacza, że lód nie powinien przetrwać zbyt długo na powierzchni TNO. To wskazuje, że związki te mogą pochodzić z wewnętrznej warstwy ciekłej wody, która przedostała się na powierzchnię w procesach kriowulkanicznych.

Większość długotrwałego ciepła wewnątrz TNO pochodzi z rozpadu pierwiastków radioaktywnych, które znajdowały się w nich już na etapie ich powstawania. To ciepło może wystarczać do stopienia warstwy lodowej skorupy i powstania podpowierzchniowego oceanu, a nawet do utrzymania go przez miliardy lat. Jednak wraz z rozpadem pierwiastków radioaktywnych w bardziej stabilne, przestają one uwalniać ciepło i wnętrza tych obiektów stopniowo się ochładzają, a znajdujące się w nich oceany podpowierzchniowe z czasem zamarzają. Niemniej jednak najnowsze badania wskazują, że interakcje grawitacyjne z księżycem mogą wytwarzać wystarczająco dużo dodatkowego ciepła wewnątrz TNO, że mogą znacząco wydłużyć czas istnienia oceanu pod powierzchnią ciała.

Orbita każdego księżyca stopniowo ewoluuje w grawitacyjnym tańcu z ciałem macierzystym, aby z czasem osiągnąć najbardziej stabilny stan – orbitę kołową skorelowaną z równikiem ciała macierzystego. Potężne kolizje ciał niebieskich mogą prowadzić do powstania księżyców, gdzie materia wyrzucana na orbitę wokół większego ciała łączy się ze sobą w jeden lub więcej księżyców. Z uwagi na fakt, że kolizje zachodzą przy różnych prędkościach i pod różnymi kierunkami, mało prawdopodobne jest, aby powstawały w ich wyniku księżyce o idealnie stabilnych orbitach. Gdy powstały w wyniku kolizji księżyc dopasowuje swoją orbitę do bardziej stabilnego stanu, wspólne oddziaływanie grawitacyjne sprawia, że wnętrze obiektu macierzystego jak i księżyca regularnie się rozciągają, powodując tarcie i uwalnianie ciepła w procesie ogrzewania pływowego.

Zdjęcie przedstawiające Wright Mons, jeden z dwóch potencjalnych kriowulkanów dostrzeżonych na powierzchni Plutona przez sondę New Horizons w lipcu 2015 roku. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI

Badacze wykorzystali równania opisujące ogrzewanie pływowe i obliczyli jego wkład w „budżet cieplny” szerokiej planety odkrytych i hipotetycznych układów TNO-księżyc, włącznie z układem Eris-Dysnomia. Eris to drugi po Plutonie największy obiekt transneptunowy.

„Okazało się, że ogrzewanie pływowe może być kluczowe do zachowania oceanów ciekłej wody pod lodową powierzchnią dużych TNO takich jak Pluton i Eris nawet do chwili obecnej” mówi Wade Henning z NASA Goddard oraz Uniwersytetu w Maryland.

„Co ciekawe, nasze badania wskazują także, że ogrzewanie pływowe może sprawiać, że głęboko położone oceany z czasem staną się bardziej dostępne do obserwacji, bo stopniowo przesuwają się ku powierzchni” dodaje Joe Renaud z Uniwersytetu George Masson w Fairfax w Wirginii, współautor artykułu. „Jeżeli mamy warstwę ciekłej wody, dodatkowe ciepło pochodzące z ogrzewania pływowego sprawia, że zaczyna topnieć przylegająca do niej kolejna warstwa”.

Choć ciekła woda jest niezbędna do istnienia życia jakie znamy, to sama w sobie nie wystarczy. Życie wymaga także dostępu do chemicznych składników oraz źródła energii. Głęboko pod powierzchnią oceanów na Ziemi, niektóre geologicznie aktywne miejsca mają całe ekosystemu, które w całkowitej ciemności doskonale sobie radzą przy kominach hydrotermalnych, które dostarczają im składników w formie bogatych w energię związków chemicznych rozpuszczonych w gorącej wodzie. Za powstanie takich kominów hydrotermalnych może odpowiadać zarówno ogrzewanie pływowe jak i ciepło z rozpadu pierwiastków radioaktywnych”.

Źródło: NASA

Komentarze

comments