Истончение льда заставляет океаны на таких спутниках, как Энцелад, кипеть

Ледяные спутники планет-гигантов, такие как Энцелад, могут быть сформированы кипящими подповерхностными океанами, согласно новому моделированию. Истончение внешних ледяных слоев этих спутников может вызывать кипение скрытых под ними океанов. Это истончение приводит к изменениям давления, в результате чего вода достигает своей тройной точки и вскипает. Данный процесс может объяснять складки и борозды, наблюдаемые на поверхности этих спутников, и может иметь значение для будущих миссий по их изучению.

Ледяные спутники, обращающиеся вокруг планет-гигантов нашей Солнечной системы, демонстрируют разнообразные геологические особенности, указывающие на недавнюю или постоянную внутреннюю активность. Энергия для этой активности может иметь эндогенное происхождение, такое как криовулканизм, или экзогенное, включая гравитационные взаимодействия с планетой-хозяином или соседними спутниками. В то время как на Земле поверхностная геология формируется движением и плавлением глубинных пород, на ледяных спутниках она в значительной степени определяется динамикой воды и льда. Большинство этих объектов содержат обширные жидкие океаны, скрытые под толстыми ледяными панцирями. Изменения толщины этого внешнего слоя могут вызывать деформации его поверхностного рельефа.

Приливные эффекты могут вызывать сезоны нагрева и охлаждения, приводящие к периодическому утончению или утолщению внешних ледяных слоев. Это, в свою очередь, вызывает изменения давления в подстилающем жидком слое и создает внутренние напряжения, изменяющие структуру ледяной оболочки. Астрономы полагают, что эти колебания являются причиной борозд и полос, наблюдаемых на поверхности Энцелада, одного из спутников Сатурна. Однако, в то время как последствия утолщения льда хорошо изучены, эффекты от его истончения оставались мало понятны. Чтобы исследовать этот вопрос, команда из Калифорнийского университета в Дэвисе смоделировала последствия истончения внешних ледяных слоев у различных ледяных спутников Солнечной системы.

Моделирование показало, что на небольших спутниках, таких как Энцелад и Мимас, истончение ледяного покрова приводит к значительному падению давления в подледном океане. Когда давление опускается ниже давления насыщения при существующей температуре океана, происходит бурное фазовое превращение — вода начинает вскипать с активным образованием пара. Этот процесс кипения может запускаться даже при умеренном истончении ледяной корки на 5–15 километров и происходить до того, как лед разрушится под действием сжимающих напряжений.

Однако для более крупных спутников (диаметром более 600 километров), таких, как Титания (крупнейший естественный спутник Урана) и Япет (еще один спутник Сатурна), разрушение льда от сжатия происходит раньше, чем закипает внутренний жидкий слой. Это объясняет складки и тектонические разломы, наблюдаемые на их экваторах. Полученные данные позволяют предположить, что процессы кипения могут способствовать обновлению поверхности и вулканической активности на небольших спутниках. В то же время тектоника сжатия будет преобладать на более крупных. Эти результаты могут помочь в планировании будущих миссий по исследованию Энцелада и ледяных спутников Урана, которые входят в число приоритетов НАСА.