Oceany na lodowych księżycach mogą przetrwać potężne zderzenia
Jak wskazują astronomowie, niektóre księżyce Saturna, Urana i Neptuna prawdopodobnie mają pod wielokilometrowymi warstwami lodu oceany ciekłej wody. Ponieważ znane ludzkości życie potrzebuje wody, znajdujące się pod powierzchnią zbiorniki należą do najbardziej obiecujących miejsc, w których można szukać organizmów poza Ziemią.
Zewnętrzne rejony Układu Słonecznego są jednak obszarem, w którym dochodziło do gwałtownych zderzeń. Naukowcy podejrzewają, że niektóre ze współczesnych księżyców powstały z pozostałości wcześniejszych obiektów, które zostały rozbite, a następnie uformowały się ponownie z ich odłamków. Pojawiło się więc pytanie, czy takie kolizje mogą wpływać również na ocean ukryty pod lodem, a tym samym na możliwość istnienia życia.
W nowym badaniu naukowcy z University of Maryland ustalili, że nawet największe zderzenia nie wpływają zasadniczo na to, czy lodowy księżyc może mieć ocean. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.
Astronomowie chcieli sprawdzić, czy potężne kolizje pomagają księżycom zachować oceany, czy przeciwnie, mogą prowadzić do ich zniszczenia i przemiany obiektu w zimny, pozbawiony życia świat. Wyniki wskazują, że duże zderzenia nie mają istotnego wpływu na samo istnienie oceanu. Jeżeli ocean znajdował się pod powierzchnią jeszcze przed kolizją, prawdopodobnie przetrwał także po niej. Podobnie było w odwrotnej sytuacji, gdy przed zderzeniem ocean nie istniał.
Dwa rodzaje symulacji pokazały, co dzieje się po zderzeniu
Naukowcy uwzględnili w swoich obliczeniach niemal największe zderzenia, jakie można było przyjąć. Skoro nawet tak potężne wydarzenia nie powodowały znaczących zmian, mniejsze kolizje również nie powinny mieć takiego wpływu.
Badanie połączyło dwa zupełnie różne rodzaje symulacji komputerowych. Pierwszy z nich pozwalał odtworzyć gwałtowny przebieg kosmicznego zderzenia. Dzięki niemu badacze mogli śledzić losy ogromnej liczby fragmentów skał i lodu, które rozpadały się, nagrzewały, a następnie ponownie się łączyły.
Drugi rodzaj symulacji obejmował znacznie wolniejsze procesy zachodzące we wnętrzach księżyców przez miliardy lat. Naukowcy sprawdzali w ten sposób, jak ciepło gromadziło się w jądrze i przemieszczało na zewnątrz oraz czy lód mógł stopić się i doprowadzić do powstania oceanu.
Rozmiar księżyca miał znaczenie dla skutków kolizji
Połączenie obu metod pozwoliło przeanalizować dwa rodzaje księżyców o promieniach wynoszących około 500 i 1000 kilometrów. W symulacjach obiekty zderzały się z mniejszymi ciałami niebieskimi, rozpadały się, a następnie ponownie się formowały. Naukowcy prześledzili później 4,5 miliarda lat historii każdego z takich księżyców. Okazało się, że rozmiar obiektu miał większe znaczenie dla następstw zderzenia, niż wcześniej zakładano.
W przypadku większych księżyców potężna kolizja dostarczała do ich wnętrza dodatkową energię cieplną. Dzięki temu znajdujący się pod powierzchnią ocean mógł stać się głębszy i utrzymywać się w takim stanie przez kolejne około dwa miliardy lat. U mniejszych księżyców skutki zderzeń były przeciwne.
Kolizje mogły niszczyć warstwę zatrzymującą ciepło
Jak opisują astronomowie, przed zderzeniem małe księżyce miały zewnętrzną warstwę, w której skały i lód były ze sobą wymieszane. Pełniła ona funkcję izolacji, zatrzymując ciepło we wnętrzu i pomagając utrzymać ocean znajdujący się pod nią w stanie ciekłym. Kolizje prowadziły do zniszczenia tej struktury.
Podczas ponownego formowania się księżyca cięższe skały opadały w kierunku jego środka, a lód przemieszczał się ku powierzchni. W efekcie obiekt tracił warstwę, która wcześniej pomagała zatrzymywać ciepło, przez co trudniej było mu utrzymać ocean. W żadnym z analizowanych przypadków zderzenie nie doprowadziło jednak do powstania oceanu w księżycu, który bez tej kolizji pozostałby zamarznięty.
Rhea może zachowywać ślady dawnego zderzenia
Wyniki badania dotyczą całej grupy istniejących księżyców, które agencje kosmiczne planują badać. Należą do nich średniej wielkości księżyce Saturna: Mimas, Enceladus, Tetyda, Dione i Rea, a także księżyce Urana: Miranda, Ariel, Umbriel, Tytania i Oberon oraz duży księżyc Neptuna, Tryton.
Szczególną uwagę naukowców przyciągnęła Rhea. Jej stare kratery są wyjątkowo gładkie i wygładzone, jakby zostały ogrzane od wewnątrz. Ich wygląd przypomina zdaniem badaczy powierzchnię bałwana, który po pewnym czasie zaczął się topić pod wpływem ocieplenia. W przypadku tego obiektu źródłem ciepła nie było jednak Słońce, lecz jego wnętrze. Jednym z możliwych wyjaśnień wygładzenia kraterów jest dawne zderzenie, które zwiększyło temperaturę wewnętrznego oceanu.
Wyniki mogą pomóc w planowaniu przyszłych misji
Jak wskazują naukowcy, wiedza o tym, które księżyce mogą posiadać wodę, może pomóc ustalić, dokąd kierować przyszłe misje kosmiczne i czego podczas nich szukać. Chodzi między innymi o grawitacyjne oznaki obecności ukrytego oceanu, słone osady oraz lodowe „kriowulkany” na powierzchni. Wyniki badań mogą również mieć znaczenie dla określenia czułości instrumentów przeznaczonych do poszukiwania życia.
Zdaniem astronomów rodzaj ewentualnego życia miałby wpływ na sposób projektowania takich misji. Poszukiwanie pojedynczych mikroorganizmów wymagałoby innych narzędzi niż badanie oceanu, w którym występowałoby znacznie bardziej złożone życie. Badacze zaznaczają przy tym, że historia zderzeń jest tylko jednym z czynników wpływających na możliwość podtrzymywania życia na księżycach. Co najmniej równie ważne pozostaje ciepło wytwarzane przez pływy.
Mariusz Drzewiecki
