Ізольовані льодові супутники біля Сатурна, Урана та Нептуна, схоже, здатні пережити навіть найжорсткіші космічні катастрофи. Нова робота, описана на сайті SciTechDaily, показує: навіть якщо удар повністю руйнує крижаний супутник, його підлідний океан, швидше за все, зберігається й після «перезапуску» світу. Це може суттєво вплинути на те, де астробиологи шукатимуть життя за межами Землі.
Багато супутників-«крижаних куль» у зовнішній частині Сонячної системи, за даними попередніх досліджень, приховують рідку воду під товстою крижаною оболонкою. Такі океани вважаються ключовою умовою для виникнення та підтримання життя, але орбіти цих тіл формувалися у середовищі активних зіткнень із великими уламками. Виникло запитання: чи не знищували такі удари океани остаточно?
Що перевірили вчені у моделюванні
Команда на чолі з Марком Ньове (Marc Neveu) з Університету Меріленду застосувала комп’ютерні моделі, щоб простежити «життєвий шлях» крижаних супутників — від руйнівного удару до повторного збирання й подальших мільярдів років еволюції.
Дослідники поєднали два типи обчислювальних моделей. Перша описувала саме зіткнення: як супутник розлітається на мільйони уламків льоду й каменю, нагрівається та знову збирається в нове тіло. Друга моделювала внутрішню еволюцію вже «перезібраного» світу — накопичення та втрату тепла, плавлення льоду й можливе існування океану.
У розрахунках розглядалися супутники радіусом приблизно 500 і 1000 кілометрів, які зазнавали ударів менших небесних тіл із енергією, достатньою, щоб повністю їх розірвати. На думку авторів, це майже «максимально можливі» катастрофічні сценарії для таких об’єктів.
Результат виявився неочікувано оптимістичним для пошуків інопланетного життя: якщо супутник мав підлідний океан до удару, то з великою ймовірністю він зберігався і після повторного збирання. І навпаки, зіткнення не створювали океан там, де його раніше не було — вони не перетворювали «мертві» крижані світи на придатні для життя.
Великий чи малий супутник: у чому різниця
Ключовим виявився розмір супутника. У великих тілах енергія удару перетворювалась на додаткове тепло, що могло навіть «потовщити» існуючий океан і підтримувати його ще кілька мільярдів років.
У менших супутників картина інша. До зіткнення їхні зовнішні шари можуть бути сильно перемішаними — камінь і лід утворюють своєрідну теплоізолюючу «ковдру», яка допомагає довше утримувати тепло всередині та підтримувати рідку воду. Потужний удар цю структуру руйнує: при повторному збиранні важкі породи осідають до ядра, а лід спливає назовні. Ізоляційна «ковдра» зникає, і невеликому супутнику стає важче зберегти океан. Однак навіть у цьому випадку моделі не показали, що зіткнення породжує океан там, де він би інакше не з’явився.
Моделювання також враховувало тривалий період у 4,5 мільярда років, протягом якого теплові процеси в надрах повільно змінювалися. Це дозволило авторам поєднати миттєву катастрофу з еволюцією внутрішньої структури супутника в масштабах віку Сонячної системи.
Сліди зіткнень на поверхні Рея та інших супутників
Хоча сам факт існування океану, за результатами роботи, від ударів майже не залежить, тепло зіткнення може залишити помітний відбиток на поверхні. Прикладом автори наводять супутник Сатурна Рею, де стародавні кратери незвично згладжені.
За їхньою інтерпретацією, колишній удар міг посилити нагрівання вже наявного внутрішнього океану, а теплий лід над ним з часом «підплавив» і згладив рельєф — ніби сніговика, що поступово тане. Це дає шанс перевірити гіпотезу про зіткнення, вивчаючи структуру поверхні таких тіл.
Важливу роль для збереження води відіграє й припливове нагрівання: гравітаційні сили планети-господаря можуть деформувати супутник і розігрівати його зсередини. Автори наголошують, що для оцінки придатності світу до життя важливо враховувати як історію зіткнень, так і припливові ефекти та еволюцію орбіти.
Які супутники найцікавіші для пошуку життя
Висновки роботи стосуються цілої групи об’єктів, які вже опинилися або можуть опинитися в полі зору космічних місій. Серед них середні за розміром супутники Сатурна — Мімас, Енцелад, Тефія, Діона та Рея, а також супутники Урана Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія й Оберон. До цього переліку належить і великий супутник Нептуна Тритон.
Розуміння того, які з цих світів найімовірніше зберігають воду, допоможе планувати майбутні польоти: обирати цілі для космічних апаратів і визначати, які інструменти встановлювати на борту. Про океан можуть свідчити гравітаційні аномалії, соляні відкладення на поверхні або криовулканізм — виверження водяного льоду та пари замість розпеченої магми.
Тип і кількість можливої біоти теж впливатимуть на дизайн місій. Якщо в океані можуть існувати лише поодинокі мікроорганізми, від апаратів потрібна надчутлива хімічна «лабораторія». Якщо ж океан теоретично здатен підтримувати складнішу екосистему, спектр інструментів та стратегія пошуку будуть іншими.
Таким чином, нові моделі свідчать: навіть у світі насильницьких космічних зіткнень крижані супутники залишаються перспективними «резервуарами» для прихованих океанів — а отже й для потенційного життя, яке ще чекає свого відкриття.