Катастрофические удары не дают ледяным спутникам новых океанов, но могут отнять старые

Десятки маленьких лун вокруг Сатурна, Урана и Нептуна, вероятно, скрывают подо льдом жидкие океаны — а значит, потенциально могут быть обитаемыми. Но эти же луны, судя по всему, пережили в прошлом катастрофические столкновения и были полностью разрушены, а затем собрались заново из обломков. Что происходит с подповерхностным океаном после такого события? Ответ на этот вопрос впервые дали учёные Юго-западного исследовательского института (SwRI) и NASA Goddard. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Ключевой вывод: катастрофические удары в большинстве случаев не создают новые океаны, но могут влиять на то, останется ли существующий.

Почему ледяные спутники оказались в центре внимания

Несколько спутников Сатурна и Урана обнаруживают признаки, указывающие на то, что они не являются «первородными» лунами: они слишком маленькие, слишком молодые или имеют орбитальные характеристики, не соответствующие их предполагаемому возрасту. Многие учёные считают, что большинство малых спутников Сатурна и Урана были разрушены в гигантских столкновениях и затем собрались заново из фрагментов. Такую луну называют «луной второго поколения».

Вопрос принципиальный: может ли луна второго поколения обитать в жидкой воде? Если столкновение и разрушение уничтожают существовавший океан, то у таких лун нет шансов на жизнь. Если нет — они всё ещё кандидаты.

Что показали симуляции

Команда под руководством Марка Нево (Университет Мэриленда, NASA Goddard) создала гибридную вычислительную модель. Метод «гидродинамики сглаженных частиц» (SPH) воссоздавал само столкновение: как два ледяных тела разрушаются и слипаются обратно. Результаты SPH затем передавались в модель тепловой эволюции, которая отслеживала, что происходило с объектом на протяжении миллионов лет после удара.

Вывод, который разом проясняет несколько вопросов: катастрофические удары сами по себе практически не создают тепла, необходимого для плавления льда и формирования нового океана. Кратковременный перегрев быстро рассеивается через ледяную оболочку — «все фрагменты теряют тепло очень быстро», как формулирует соавтор Ралюка Руфу.

Критически важна размерность луны:

• крупные луны с радиусом около 1000 км, пережившие разрушение и повторную сборку, сохраняют существовавший подповерхностный океан — и он становится даже толще, поскольку удар провоцирует дифференциацию: более тяжёлые горные породы оседают в ядро, лёд образует более мощную оболочку;
• малые луны с радиусом около 500 км рискуют потерять океан именно из-за этой дифференциации: порода и лёд разделяются, и тепловые условия для существования жидкой воды нарушаются.

Энцелад и Диона вряд ли были разрушены недавно

Одновременно симуляции помогли оценить вероятность недавних разрушений для конкретных лун. Соавтор Алисса Роден указала: маловероятно, что такие луны, как Энцелад или Диона Сатурна — оба сегодня считаются носителями подповерхностного океана, — были разрушены и собраны заново в последние 100 миллионов лет.

Это важно для астробиологии: если Энцелад был «целым» достаточно долго, его гидротермальная активность на дне внутреннего океана могла поддерживать условия для жизни. Выброс водяного пара и органических молекул из Энцелада — уже зафиксированный миссией Cassini — указывает именно в этом направлении.

Следующие шаги

Читайте также: Вода Луны скрыта глубоко в её недрах.

Параметры катастрофических столкновений для малых внешних спутников остаются слабо ограниченными. Авторы указывают: необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, при каких именно условиях столкновение может всё же способствовать формированию океана в малой луне. Результаты этой работы предоставляют основу — как думать о связи между историей ударов и обитаемостью — для будущих миссий к ледяным спутникам, в том числе к системе Урана, которую планируется посетить в 2030-х годах.