7 Minutės
Nauji atradimai ir pradinė nuotraukos antraštė
Nauji tyrimai rodo, kad Arielis, Uranuso palydovas, galėjo kadaise turėti požeminį vandenyną, kurio gylis galėjo siekti maždaug 100 mylių (170 km).
Nauja studija, paskelbta žurnale Icarus, pateikia vis daugiau įrodymų, kad Arielis — vidutinio dydžio, ledo danga dengtas Uranuso palydovas — ankstyvame savo evoliucijos etape galėjo palaikyti didžiulį požeminį vandenyną. Tyrėjai sujungė paviršiaus žemėlapius su potvyninių įtempimų (potvyninio šildymo) modeliavimu ir padarė išvadą, kad skystas sluoksnis po Arielio ledo pluta galėjo būti šimtų kilometrų storio, ženkliai viršijant Žemės vandenynų vidutinį gylį. Tokie modeliai ir paviršiaus požymiai kartu suteikia papildomą kontekstą apie palydovo termodinaminę ir orbitalinę praeitį, taip pat leidžia formuluoti hipotezes apie cheminę ar galimą biocheminę veiklą praeityje.
Paviršiaus užuominos: įtrūkimai, grabenai ir kriovulkaninės lygumos
Arielis, kurio skersmuo siekia apie 720 mylių (1 159 km), rodo ryškią teritorių dichotomiją: intensyviai krateryti regionai šalia lygių lygumų, kurių kilmė siejama su kriovulkanizmu (vulkanine veikla, kurioje dominuoja vanduo, amoniakas ar kitos lakiųjų medžiagos, o ne ištirpęs uolieninis lava). Didelio masto įtrūkimai, keteros ir grabenai — plutos blokai, nusileidę žemiau aplinkinių paviršiaus lygių — išsidėstę palydovo paviršiuje ir rodo intensyvias tektonines įtampas praeityje.
Pirmasis autorius Caleb Strom ir bendraautoris Alex Patthoff iš Planetų mokslo instituto sprendė, kad toks globalaus masto deformacijos kompleksas reikalauja mobiliųjų vidinių sluoksnių. Kartografuodami paviršiaus struktūras ir lygindami jas su kompiuteriniais potvyninio deformacijos modeliais, tyrėjų grupė apribojo galimus Arielio orbitalinius bei vidinius parametrus, kurie galėjo generuoti stebimas įtampos ir lūžių raštus. Ši analizė atsižvelgė į ledo plutos elastingumą, galimą konvekciją ledo sluoksnyje, taip pat įtai kompoziciją (vanduo, ledinis mišinis su uolienomis, amoniakas), kurie visi turi įtakos tam, kaip palydovas reaguoja į išorinius traukos laukus.
Potvyninis šildymas, orbitinė ekscentriškumas ir vandenyno gylis
Potvyninis stresas atsiranda, kai palydovo forma periodiškai keičiasi pačioje orbitoje: centrinio planetos traukos jėga tempia ir suspaudžia palydovą, generuodama šilumą ir mechaninį įtempimą. Studija rodo, kad Arielio orbitinė ekscentriškumas galėjo būti artimas 0,04 — maždaug 40 kartų didesnis nei dabartinis. Nors šis skaičius pagal absoliučią vertę neatrodo didelis, jis reikšmingai padidintų potvyninį lankstymąsi ir galėtų sufleruoti plutai įtrūkimus, ypač jeigu po ledo pluta egzistavo skystas sluoksnis arba jeigu gilus vandenynas kartu su vidutiniu ekscentriškumu sukėlė toksinį mechaninį atsaką.
Potvyninės veiklos viršūnėje modeliai rodo, kad Arielio vidus galėjo palaikyti vandenyną, kurio gylis viršijo 100 mylių (170 km). Tam lyginimui, Ramiojo vandenyno vidutinis gylis Žemėje sudaro apie 2,5 mylios (4 km) — tai reiškia, kad hipotetinis Arielio vandenynas pagal vertikalų išsidėstymą palydovo sluoksniuotoje struktūroje būtų buvęs kelių laipsnių didesnis. Reikėtų pabrėžti, kad „gylis“ čia reiškia sluoksnio storį tarp viršutinės ledo plutos ir žemesnių kietųjų ar mišrių sluoksnių, o ne laisvą paviršinį vandenyną, kaip mes įsivaizduojame Žemėje.
Studija aiškina, kad norint suformuoti šiandien stebimus įtrūkimų mastus, reikia vienos iš dviejų sąlygų: arba ledo „dangtis“ turėjo būti plonas virš didelio skysto sluoksnio, arba Arielis patyrė kurį laiką didesnį ekscentriškumą kartu su kiek mažesnio tūrio vandenynu. Abiem atvejais skystas sluoksnis yra esminis, nes jis atjungia plutą nuo giluminio kieto interjero ir leidžia plutai mechaniniu būdu reaguoti į potvyninius įtempius — taip susidaro grabenai, keteros ir kitos tektoninės reljefo formos. Be skysčio sluoksnio, tokios masyvios deformacijos, kaip rodo modeliai, būtų mažiau tikėtinos, nebent ledinės medžiagos savybės ir temperatūros profilis būtų radikaliai kitoks.
Kontekstas Uranui priklausančioje sistemoje
Ši Arielio analizė seka panašiu tyrimu, atliktu ta pačia komanda apie Mirandą, palaikant idėją, jog keli Uranui priklausantys palydovai galėjo talpinti požeminius vandenynus — konfigūracija, kurią kartais vadina „dvyniais vandenynų pasauliais“. Toks stereotipas pabrėžia, kad ne vienas palydovas, o kelios susijusios palydovinės sistemos galėjo patirti sąlygas, tinkamas ilgalaikiam ar laikiniam skysčio išlikimui. Bendraautoris Tom Nordheim iš Johns Hopkins APL atkreipia dėmesį, kad tyrėjai aukšta raiška yra užfiksavę tik Arielio ir Mirandos pietines pusrutulius. Modeliai prognozuoja, kur įtrūkimai ir keteros turėtų atsirasti neaptiktuose šiauriniuose pusrutuliuose, kas gali padėti planuojant būsimą misiją ir nukreipti aukštos raiškos stebėjimus į specifines struktūras.
Jei ši hipotezė bus patvirtinta, vandenynų turintys palydovai Uranuso sistemoje prisidės prie vis gausėjančio potencialiai gyvenamai ar chemiškai aktyviai užšalusio pasaulio sąrašų Saulės sistemos užkampiuose. Tai taip pat padėtų tikslinti mūsų supratimą apie tai, kaip potvyninis šildymas formuoja palydovų geologiją, užtikrina ilgaamžes šilumos šaltinius ir skatina chemines reakcijas, kurios gali turėti reikšmės prebiotinių ar biocheminių procesų vystymuisi.
Misijų pasekmės ir būsimų stebėjimų reikšmė
Tiesioginiam patvirtinimui, ar po Arielio pluta šiandien yra ar kadaise buvo vandenynas, reikia naujų kosminių aparatų duomenų. Svarbiausi instrumentai orbiterio ar praskridimo metu būtų tokie:
- Radaro pralaidumo ledui priemonės (ice-penetrating radar), skirtos tirti sluoksniuotą struktūrą ir aptikti skystas kišenes bei sluoksnių ribas.
- Magnetometrai, kurie ieškotų indukuotų magnetinių laukų ženklų — tokių laukų generuoti gali laidūs požeminiai vandenynai (ypač jei juose yra ištirpusio druskų ar kitų elektrolitų), ir jie dažnai naudojami aptikti skystus sluoksnius po ledo pluta.
- Aukštos raiškos vaizdavimo ir topografijos įranga (stereokameros, lazerinis aukščio matuoklis), reikalinga detaliai kartografuoti tektonines struktūras net ir tose pusrutulio dalyse, kurios anksčiau nebuvo dokumentuotos.
- Gravitacijos tyrimai, leidžiantys nustatyti vidinės masės pasiskirstymą ir atskirti kieto interjero modelius nuo modelių su reikšmingu skysto sluoksnio indėliu (laikomosios masės momentų, gravitaciniai laukai ir jų variacijos misijos trajektorijoje gali atskleisti tankio pertvaras).
Specializuota misija Uranui — orbitinis aparatas su geofizininių instrumentų paketu — būtų efektyviausias kelias išbandyti modelių rezultatus, ištirti Arielį, Mirandą ir kitus palydovus bei ieškoti požymių apie praeities ar dabarties skysčius. Tokia misija galėtų suteikti svarbių duomenų apie ledo plutos storį, galimus srautus ar konvekciją lede, taip pat apie cheminius signalus, kurie atspindi kontaktą tarp uolienų branduolio ir skysto sluoksnio.
Ekspertų įžvalgos
„Arielio paviršius pasakoja apie vidinį dinamiškumą, kurį mes tik pradedame iššifruoti,“ teigia dr. Elena Morales, planetų geofiziologė iš Arizonos universiteto. „Jei komanda modeliuotu mastu egzistavo tokio dydžio vandenynas, tai turėtų gilias pasekmes Uranui priklausančių palydovų terminiaiems ir cheminiams procesams. Tikslinė misija galėtų nuspręsti, ar tie vandenynai buvo trumpalaikiai epizodai, ar ilgalaikiai, ir kaip jie paveikė palydovų evoliuciją.“
Tokios ekspertų pastabos pabrėžia modelių interpretacijos ribas: nors geofiziniai ir paviršiaus duomenys suteikia svarbių užuominų, jie nėra absoliutus įrodymas. Realių matavimų kombinacija — radaras, magnetometrai ir gravitacijos duomenys — būtų reikalinga, kad patvirtintume skysto sluoksnio buvimą, jo sudėtį ir trukmę. Be to, cheminiai indikatoriai, pavyzdžiui, potencialūs organiniai junginiai ar solų buvimas, suteiktų papildomą informaciją apie galimą cheminį aktyvumą požeminiuose vandenynuose.
Išvados
Naujas Icarus tyrimas sustiprina galimybę, kad Arielis kadaise turėjo milžinišką požeminį vandenyną, varomą potvyninio šildymo ir orbitinės evoliucijos. Nors tas vandenynas, jei jis egzistavo, greičiausiai yra palydovo praeities reliktas, o ne akivaizdžiai aktyvus šiuolaikinis rezervuaras, rezultatai pabrėžia mokslinę vertę grįžti prie Uranuso sistemos. Būsimų misijų duomenys, gaunami naudojant radarą, magnetometrus ir tikslios gravitacijos instrumentus, galėtų patvirtinti modelių prognozes, žemėlapiuoti neaptartas teritorijas ir atskleisti, ar Arielis ir jo kaimynai buvo laikini vandenynų pasauliai, ar šiuo metu išlaiko skystus branduolius ar sluoksnius.
Ilgalaikė perspektyva — sujungti geofizinius duomenis su cheminiais ir termodinaminiais modeliais — leis ne tik atsakyti į klausimą apie Arielio praeities vandenyną, bet ir suprasti bendresnius procesus, kurie formuoja ledinių palydovų evoliuciją už Saulės sistemos vidurio. Tyrimai apie potvyninį šildymą, ledinės plutos mechaniką, ir skysčių bei uolienų sąveikas prisideda prie platesnio planetų mokslų tikslo: apibrėžti sąlygas, kuriose gali susidaryti sudėtingesnės cheminės arba galbūt biocheminės reakcijos, reikšmingos ilgalaikei palydovų raidai.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą