Имеет ли луна Тритон подповерхностный океан?

Эта цветная фотография крупнейшей луны Нептуна Тритона была получена зондом НАСА “Вояджер-2” 24 августа 1989 года с расстояния 330 000 миль. Разрешение составляет около 6,2 мили, что достаточно для того, чтобы начать отображать топографические детали. (Кредит на изображение: NASA/JPL)

Тритон был открыт в 1846 году британским астрономом Уильямом Ласселлом, но многое о самой большой луне Нептуна до сих пор остается загадкой.

Пролет космического аппарата НАСА “Вояджер-2” в 1989 году позволил быстро взглянуть на спутник и обнаружить, что поверхность состоит в основном из водяного льда, а также азота, метана и углекислого газа.

Поскольку плотность Тритона довольно высока, предполагается, что луна имеет большое ядро из силикатных пород. Возможно, между каменистым ядром и ледяной поверхностной оболочкой образовался жидкий океан, и ученые выясняют, мог ли этот океан сохраниться до наших дней.

Захваченный из пояса Койпера

Тритон, ширина которого составляет около 1 680 миль (2 700 километров), обладает уникальным свойством среди крупных лун Солнечной системы: ретроградной орбитой. [Видео: Пролет мимо замерзающей луны Нептуна Тритон].

Планеты образуются из околозвездного диска из пыли и газа, который окружает молодую звезду. Этот диск обращается вокруг звезды в одном направлении, и поэтому большинство планет и их лун вращаются в этом же направлении. Такие орбиты называются проградными, а объект-изгой, который движется по обратной орбите, считается ретроградным. Ретроградная орбита Тритона означает, что он, скорее всего, не образовался вокруг Нептуна.

Ранняя Солнечная система была местом динамического насилия, где многие тела меняли орбиты и сталкивались друг с другом. Тритон, вероятно, возник в поясе Койпера – кольце ледяных тел за Нептуном – и был направлен внутрь, пока не был захвачен гравитацией Нептуна.

Сразу после захвата луна должна была находиться на высокоэллиптической, эксцентрической орбите. Такой тип орбиты вызвал бы на Луне сильные приливы и отливы, а трение этих приливов привело бы к потере энергии. Потеря энергии преобразуется в тепло внутри Луны, и это тепло, возможно, растопило часть ледяной внутренней поверхности и образовало океан под ледяным панцирем Тритона.

Потеря энергии от приливов также ответственна за постепенное изменение орбиты Тритона с эллипса на круг, говорят исследователи.

Нагрев внутренностей

Трение от приливов и отливов – не единственный источник тепла внутри земного тела; существует также радиогенный нагрев. Это тепло, образующееся в результате распада радиоактивных изотопов внутри луны или планеты, и этот процесс может создавать тепло в течение миллиардов лет.

Радиогенный нагрев вносит в интерьер Тритона в несколько раз больше тепла, чем приливный нагрев; однако одного этого тепла недостаточно для поддержания подповерхностного океана в жидком состоянии в течение 4,5 миллиардов лет.

Но приливная диссипация приводит к концентрации тепла у основания ледяного панциря Тритона, что препятствует скорости роста льда и эффективно действует как одеяло с приливным нагревом. Эта приливная диссипация сильнее при больших значениях эксцентриситета, что означает, что она могла играть важную роль в нагревании Тритона в прошлом.

“Хотя о концентрации приливной диссипации вблизи дна ледяных панцирей было известно уже некоторое время, мы считаем, что наша работа является первой, демонстрирующей, что она действительно контролирует скорость замерзания и устойчивость подповерхностных океанов”.

сказал Сасвата Хиер-Маджумдер из Университета Мэриленда. “Радиогенный нагрев, по сравнению с этим, равномерно нагревает оболочку, и поэтому не оказывает такого непропорционального влияния, как приливная диссипация”.

Поддержание океана

Точный момент времени, когда Тритон был захвачен Нептуном, и продолжительность времени, которое потребовалось для того, чтобы орбита луны стала циркулярной, неизвестны.

В настоящее время орбита Тритона почти точно круговая. Изучение того, как форма орбиты менялась со временем, важно для определения уровня приливного нагрева, который имел место, и, следовательно, может ли подповерхностный океан существовать и сегодня.

По мере остывания Тритона ледяной щит будет расти и поглощать лежащий под ним океан. Новое исследование позволяет рассчитать, как толщина ледяного панциря может повлиять на диссипацию приливов и, следовательно, на кристаллизацию подповерхностного океана.

Если ледяной панцирь Тритона тонкий, то приливные силы будут оказывать более выраженное воздействие и усиливать нагрев. Если оболочка толстая, то луна становится более жесткой, и приливной нагрев будет меньше.

“Я думаю, что чрезвычайно вероятно существование на Тритоне подповерхностного океана, богатого аммиаком”, – сказал Хиер-Маюмдер. “Но в наших знаниях о внутреннем строении и прошлом Тритона есть ряд неопределенностей, что затрудняет прогнозирование с абсолютной уверенностью”.

Например, точный размер скалистого ядра Тритона неизвестен. Если ядро окажется больше, чем значение, использованное в расчетах, то радиогенный нагрев будет больше, а дополнительный нагрев увеличит размер любого существующего океана.

Глубина океана также не может быть постоянной по всей Луне, поскольку приливная диссипация концентрирует энергию вблизи полюсов, а это означает, что океан там, скорее всего, будет глубже. Кроме того, согласно последним расчетам, ледяные тела во внешней части Солнечной системы могут состоять на 15 процентов из аммиака. Богатые аммиаком летучие вещества способствуют снижению температуры, при которой твердое тело превращается в жидкость, и присутствие таких летучих веществ может также способствовать сохранению жидкого слоя подо льдом.

Жизнь в океане

Подповерхностные океаны на ледяных телах Солнечной системы могут быть потенциальной средой обитания для примитивной внеземной жизни. [5 смелых заявлений об инопланетной жизни].

Луна Юпитера Европа в настоящее время является ведущим кандидатом на такую среду обитания, хотя об этом до сих пор ведутся споры. Вероятность существования жизни в глубинах океана Тритона гораздо меньше, чем на Европе, но полностью исключать ее все же нельзя, говорят исследователи.

Аммиак, который, вероятно, присутствует в подповерхностном океане Тритона, может снижать температуру замерзания воды, делая ее более пригодной для жизни. Температура океана, вероятно, составляет около минус 143 градусов по Фаренгейту (минус 97 градусов по Цельсию), что значительно замедляет биохимические реакции и препятствует эволюции. Однако было обнаружено, что земные ферменты ускоряют биохимические реакции до температуры минус 153 градуса по Фаренгейту (минус 103 градуса по Цельсию).

Более отдаленная возможность заключается в том, что на Тритоне может существовать жизнь на основе кремния, если предположить, что кремний действительно может быть использован в качестве основы для жизни вместо углерода.

Силаны, которые являются структурными аналогами углеводородов, могут быть использованы в качестве строительного блока для жизни при соответствующих условиях. Холодные температуры и ограниченное количество углерода на Тритоне могли бы подойти для жизни на основе кремния, но о поведении силанов в таких необычных условиях еще недостаточно известно, чтобы с уверенностью утверждать, что такая жизнь может существовать.

Исследование Джоди Гейман, Сасвата Хиер-Маджумдер и Джеймса Робертса было опубликовано в августовском номере журнала Icarus.

Эта статья была предоставлена журналом Astrobiology Magazine, интернет-изданием, спонсируемым программой астробиологии НАСА.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжить обсуждение последних космических миссий, ночного неба и многого другого! А если у вас есть новости, исправления или комментарии, сообщите нам об этом по адресу: community@space.com.

Source: space.com