Вчені розгадали таємницю крижаного панцира Європи, що обертається

Європа є найгладшим твердим об’єктом у нашій Сонячній системі завдяки своїй товстій крижаній оболонці. Проте під своїм гладким зовнішнім виглядом четвертий за величиною супутник Юпітера, здається, приховує таємниці, а саме глибокий солоний океан з інтригуючим потенціалом для інопланетного життя. Цей океан робить Європу головною ціллю для наукових досліджень, включаючи дві окремі орбітальні місії, які мають запуститися до Юпітера протягом наступних двох років.

І хоча на прибуття будь-якого із зондів знадобиться кілька років, вчені вже проливають світло на Європу іншими способами, збираючи інформацію зі спостережень у телескоп, попередніх обльотів зонда, лабораторних експериментів і комп’ютерного моделювання. У новому дослідженні дослідники з Лабораторії реактивного руху (JPL) Каліфорнійського технологічного інституту в США та Університету Хоккайдо в Японії використовували суперкомп’ютери NASA, щоб дослідити менш відому примху Європи: чому крижаний панцир обертається швидше, ніж інтер’єр?

Згідно з їхніми дослідженнями, розсинхронізація обертання поверхні може бути викликана океанськими течіями, що штовхають знизу. Це велике відкриття, пояснює провідний автор і дослідник JPL Хеміш Хей, який зараз працює в Оксфордському університеті; це відкриття, яке може запропонувати нові підказки про те, що там відбувається.

«До цього завдяки лабораторним експериментам і моделюванню було відомо, що нагрівання й охолодження океану Європи можуть спричиняти течії», — каже Хей. «Тепер наші результати підкреслюють зв’язок між океаном і обертанням крижаної оболонки, який раніше ніколи не розглядався».

Крижаний панцир плаває в океані Європи, тому він може обертатися незалежно від решти Місяця, включно з океаном, скелястими надрами та металевим ядром. Вчені давно це підозрювали, але сили, що керують обертанням оболонки, залишаються загадковими. Європа зазнає припливного згинання Юпітера, який спотворює Місяць через його потужне гравітаційне тяжіння. Це колосальне перетягування каната викликає тріщини в крижаній оболонці Європи та, ймовірно, генерує частину тепла мантії та ядра.

Вважається, що разом із тепловою енергією, що виділяється в результаті радіоактивного розпаду, це тепло з надр Європи підіймається через океан до замерзлої поверхні, як каструля з водою, що нагрівається на плиті. У поєднанні з обертанням Європи та іншими факторами цей вертикальний температурний градієнт повинен підживлювати деякі досить потужні океанські течії.

І згідно з оцінками дослідження, ці течії можуть бути достатньо потужними, щоб зрушити глобальний крижаний панцир над головою. Ніхто точно не знає, наскільки товщина снаряда, але оцінки варіюються від 15 до 25 кілометрів (15 миль). Хоча вчені знали, що крижаний панцир Європи, ймовірно, обертається сам по собі, вони зосередилися на гравітаційному впливі Юпітера як рушійній силі.

«Для мене було абсолютно несподіваним, що те, що відбувається в циркуляції океану, може бути достатнім, щоб вплинути на крижану оболонку. Це було величезним сюрпризом», — говорить співавтор дослідження та вчений проєкту Europa Clipper Роберт Паппалардо з Лабораторії реактивного руху NASA.

«Ідея про те, що тріщини та хребти, які ми бачимо на поверхні Європи, можуть бути пов’язані з циркуляцією океану внизу – геологи зазвичай не думають: «Можливо, це робить океан», — додає він.

Дослідники використовували суперкомп’ютери NASA для створення складної симуляції океану Європи, запозичуючи методи, які використовувалися для моделювання океанів на Землі. Ці моделі дозволяють їм глибше досліджувати деталі циркуляції води на Європі, включно з тим, як на ці закономірності впливає нагрівання та охолодження океану. Основним фокусом дослідження було опір, або горизонтальна сила океану, що штовхає лід над собою. Враховуючи опір у своїх симуляціях, дослідники виявили, що деякі швидші течії можуть створювати достатній опір, щоб прискорити або сповільнити обертання крижаного панцира Європи.

Хоча цей ефект залежить від швидкості течії, дослідники відзначають, що внутрішнє нагрівання Європи може змінюватися з часом. Це може призвести до відповідних коливань швидкості океанських течій, що, своєю чергою, призведе до більш швидкого або повільного обертання крижаного панцира. Дослідники зазначають, що це дослідження не тільки допомагає нам зрозуміти Європу, але й може стосуватися інших океанських світів, де особливості поверхні можуть надавати підказки про води, приховані під ними.

«І тепер, коли ми знаємо про потенційний зв’язок внутрішніх океанів із поверхнею цих тіл, ми можемо дізнатися більше про їх геологічну історію, а також про історію Європи», — каже Хей.

Дослідник крижаних супутників Юпітера (JUICE) ESA планується запустити у квітні 2023 року, розпочавши свою подорож для вивчення трьох великих океанських супутників Юпітера: Ганімеда, Каллісто та Європи. Наприкінці 2024 року NASA планує запустити свій орбітальний апарат Europa Clipper, який здійснить майже 50 близьких прольотів, щоб дослідити потенційну придатність Місяця для життя. За словами авторів нового дослідження, він навіть зможе точно виміряти, наскільки швидко обертається крижаний панцир Європи.