Спутнику Сатурна Мимасу удается поддерживать жидкий океан

09:58 14 Январь Киев, Украина

Американские планетологи создали новое моделирование на основе данных наблюдений «Кассини» и пришли к выводу, что либо ядро спутника Сатурна Мимаса несимметрично, либо спутник скрывает под своей ледяной корой океан. До сих пор на океан на Мимасе и не рассчитывали, тем более что не замечали за ним геологической активности. Но, так же как и Энцелад, Мимас может подогревать Сатурн, а затем при условии толщины льда до 29 километров, даже поддерживать на нем жидкий подповерхностный океан. Как сохранить океан под льдом и не выдать его гейзерами, ученые сообщили в журнале Icarus . Подтвердить или опровергнуть их догадку помогут данные о поверхностном тепловом потоке на спутнике.

Чем Мимас отличается от Энцелада?

Из всех 82 спутников Сатурна, вероятно, самым известным является Энцелад. В 2005 году станция «Кассини» увидела у его южного полюса огромные гейзеры – из разломов, названных «тигровыми полосами» ежесекундно вырывается около 250 килограммов пары. Так мы узнали об огромном океане под ледяной поверхностью Энцелада, подогреваемого процессами в недрах спутника, а также влиянием его родительской планеты-газового гиганта. Учитывая, что Сатурн – вторая по размерам планета Солнечной системы, ее нагрев должен влиять и на соседа Энцелада - Мимаса.

Это сильно покрытый кратерами «обычный» внутренний спутник, которого иногда называют «Звездой Смерти» Сатурна из-за огромного 135-километрового кратера Гершель (это почти треть диаметра самого Мимаса!). Он гораздо ближе к Сатурну и эксцентричнее Энцелада, а потому должен сильнее переживать нагрев. Но судя по наблюдениям, Мимасу не хватило внутреннего нагревания, чтобы простимулировать геологическую активность. Отсутствие ее на нем планетологи склонны объяснять тем, что пока Энцелад нагревался и таял, чтобы реагировать на приливные силы газового гиганта, Мимас остался полностью заморожен и оттого минимально склонен к деформациям.

Однако в новой работе исследователи Института планетологии США, а также Юго-Западного исследовательского института Техаса создали новое моделирование, по которому Мимасу все же удается поддерживать жидкий океан, хоть и замкнутый под слоем льда.
 
Фото: Мимас (слева) рядом с Энцеладом. Alyssa Rose Rhoden et al. / Icarus, 2022
 
 


Почему на замороженном Мимасе все равно должен быть океан?

Как и наша Луна, Мимас привязан к своей орбите приливами и всегда обращен к Сатурну почти одной и той же стороной. То есть тела заперты в спин-орбитальном резонансе 1:1. Однако крутящий и орбитальный периоды спутника немного обгоняют друг друга, поэтому со стороны Сатурна даже кажется, что Мимас раскачивается туда и обратно. По сути, это планетологами и оценивается как основное свидетельство наличия воды под поверхностью Мимаса, даже если никаких намеков на гейзеры либо другую геологическую активность нет.

Данные «Кассини» по этим раскачкам согласуются с моделями для подповерхностного океана у других схожих тел. Однако это все при условии, что приливной нагрев на Мимасе достаточно велик, чтобы не допустить замерзания океана, но недостаточным, чтобы разрушить ледяную оболочку глубиной в десятки километров. Это вполне возможно, поэтому ученые и считают, что наличие океана на Мимасе нельзя исключать лишь на основании того, что величина приливного напряжения во всех известных нам внеземных океанах обычно ниже, чем предел прочности льда.

Эта разница и провоцирует трещины на Европе и Энцеладе, но само разрушение, как например, «тигровые полосы» Энцелада, возможно только во время фаз замерзания океана и утолщения ледяного панциря. Поэтому отсутствие подобных повреждений на Мимасе можно объяснить тем, что его океан еще ни разу не замерзал за все время существования спутника, а только приливного напряжения недостаточно, чтобы разрушить ему ледяную оболочку.

Как сохранить скрытый океан?

В новом моделировании планетологи еще раз оценили приливной нагрев, который может провоцировать эксцентричная орбита Мимаса и его колебания. В симуляции они изменяли только толщину оболочки, чтобы оценить базовый тепловой поток, необходимый для поддержания в целостном виде. Так можно понять, подходят ли условия отношений Мимаса с Сатурном, чтобы поддерживать жидкий океан под поверхностью одного из них.

Так ученые выяснили, что для того, чтобы на Мимасе мог существовать океан, объясняющий его колебания, спутнику необходим тепловой поток от 22 до 28 милливаттов на квадратный метр поверхности, а также ледяная оболочка толщиной от 24 до 31 километра и собственный нагрев. от ядра в диапазоне от 0,76 до 0,01 милловата на квадратный метр. Если бы нагрев Мимаса был выше, он не смог бы удерживать свою оболочку цельной, поэтому для подтверждения необходимы дополнительные исследования теплового воздействия Сатурна на свой спутник. Данные же о собственном нагреве из недр совпадают с теоретическими относительно таких тел.

Откуда Мимас мог взять океан?

Модели коэволюции Сатурна с его спутниками показывают, что Мимас вряд ли мог бы образоваться без приливных волн, которые могут образовать океан и закруглить орбиту. Впрочем, несмотря на то что новое моделирование учло больше параметров, оно не учло другие модели образования спутника. Мимас, например, мог образоваться вместе или к кольцам Сатурна. В таком случае, несмотря на то, младший ли Мимас кольцами, или одного с ними возраста (примерно миллиард лет), эти события не дали бы океану образоваться.

И хотя планетологам также удалось обойти ограничения, наложенные отсутствием на Мимасе тектонической активности, это ведет к тому, что его ледяная оболочка почти не изменялась с момента образования. Это противоречит тому, что спутник увеличивает свою орбиту (и заодно теряет влияние приливного нагревания от взаимодействия с Сатурном). Но Мимас мог восполнить эту утрату, увеличив в прошедшем свой эксцентриситет, взаимодействуя с другими спутниками Сатурна либо его кольцами.

Поэтому пока у нас нет достаточно данных об эволюции Мимаса, невозможно точно сказать об вероятности образования на нем океана. Его колебания вокруг положения равновесия зависят главным образом от внутренней структуры, поэтому вполне возможно, что они указывают не на океан, а на несимметричность ядра спутника. Чтобы проверить это, ученым необходимы новые наблюдения за системой Сатурна, чтобы оценить тепловое влияние на его спутники, а также их характеристики.

Если удастся доказать, что на Мимасе есть океан, он станет представителем нового класса маленьких «невидимых» океанических миров, поверхности которых не выдают существование океана. Например, спутники Урана, для которых недавно признали возможным существование воды: собственное ядерное тепло Титании и Оберона способно уберечь под их поверхностями богатые аммиак водоемы в жидком состоянии. А приливной нагрев планет-сирот, потерявших свою родительскую звезду, может поддерживать таковые на их спутниках. Больше таких миров мы рассказывали в материале «Скрытый океан», а новые модели дальних спутников Урана.