PopularEditorialNewBest

Насколько солён океан Энцелада подо льдом?

1В закладки

Дисклеймер: всю инфографику переводил я и постарался как можно более похожие шрифты подобрать, все ролики Youtube идут со встроенными английскими субтитрами и возможностью их перевести на удобный для вас язык.

Ледяной спутник Сатурна, Энцелад, вызывает повышенный интерес в последние годы, поскольку Cassini зафиксировал струи воды и другого материала, выбрасываемые из южного полюса луны. Одна особенно соблазнительная гипотеза, подтвержденная составом образцов, заключается в том, что в океанах может существовать жизнь под ледяными панцирями Энцелада. Чтобы оценить обитаемость Энцелада и выяснить, как лучше всего исследовать эту ледяную луну, ученым необходимо лучше понять химический состав и динамику океана Энцелада.

В частности, для обитаемости может быть важна соответствующая соленость. Как и в каше Трех медведей ( это отсылка к старой британской сказке ), уровень соли в воде должен быть подходящим для жизни. Слишком высокая соленость может угрожать жизни, а слишком низкая соленость может указывать на слабую реакцию вода-порода, ограничивая количество доступной для жизни энергии. Если жизнь действительно существует, циркуляция океана, которая также косвенно зависит от солености, будет определять, куда переносятся тепло, питательные вещества и потенциальные биосигнатуры, и, следовательно, является ключом к обнаружению биосигнатур.

Видео UT, посвященное выполнению миссии «Cassini».

Группа ученых, работающая с доктором Ваннинг Кангом из Массачусетского технологического института, подходит к этим вопросам путем численного моделирования вероятной циркуляции океана для различных возможных уровней солености и оценки вероятности каждого сценария, задавая вопрос, может ли он поддерживать наблюдаемую геометрию ледяной оболочки, построенную по данным Cassini.

Циркуляция океана зависит от разницы в плотности составляющей его воды в разных частях океана. Более плотная вода будет течь в сторону менее плотной, чтобы достичь равновесия. Эти различия в плотности сами по себе контролируются двумя ключевыми факторами: местоположением источника тепла на луне и соленостью океана, оба из которых в настоящее время плохо изучены.

Видео UT с обсуждением химического состава Энцелада.

На Энцеладе есть два места для потенциального источника тепла: в силикатном ядре или в нижнем шельфовом леднике, где он встречается с верхней частью океана. Если в силикатном ядре вырабатывается значительное количество тепла из-за приливных изгибов под океаном, ученые ожидают увидеть конвекцию, точно такую же, как при кипячении воды в горшке. Точно так же, если замерзание происходит на поверхности океана, соль будет вытеснена изо льда, увеличивая локальную плотность воды и вызывая конвекцию сверху.

Соленость также играет ключевую роль в расчетах плотности. При относительно низком уровне солености вода сжимается при нагревании около точки замерзания, делая ее более плотной. Поскольку океан Энцелада соприкасается с глобальным ледяным панцирем, он близок к замерзанию. Это противоречит тому, как большинство людей думают о потеплении, которое обычно означает, что с повышением температуры материал становится менее плотным. При более высокой солености это становится правдой, и вода начинает вести себя нормально, расширяясь при нагревании.

В разрезе показано внутреннее строение Энцелада, спутника Сатурна.

Учитывая неопределенность солености океана Энцелада (от 4 до 40 граммов соли на килограмм воды) и того, какой процент нагрева планеты происходит в любом из двух источников, доктор Кан и ее соавторы использовали модель океана Массачусетского технологического института для моделирования циркуляция океана в различных комбинациях, если предположить, что наблюдаемый ледяной панцирь поддерживается за счет замерзания в толстых ледяных областях и таяния в других местах. Это в значительной степени справедливо для ледяных миров, поскольку шельфовые ледники со временем сгладятся естественным образом из-за течения льда, если никакой другой процесс не поддерживает разницу.

Команда диагностировала перенос тепла при различных сценариях и обнаружила, что только некоторые из них могут в целом поддерживать «сбалансированный» тепловой баланс, то есть то, как различные источники тепла (количество теплового потока от океана ко льду, плюс тепло произвенное во льду из-за приливного изгиба плюс скрытое тепловыделение) может точно уравновесить теплопотери через ледяной панцирь.

Изображение, показывающее круговорот воды и льда в океанах Энцелада.

Согласно модели, такой баланс может быть достигнут в широком смысле, если соленость океана находится на некотором промежуточном уровне (10-30 г / кг) и если ледяная оболочка является доминирующим источником тепла. Когда эти два условия выполнены, циркуляция океана слабая. В результате теплая полярная вода не будет слишком эффективно перемешиваться к экватору, поэтому экваториальное таяние не произойдет. Это приводит к образованию более толстого шельфового ледника вокруг экватора луны, как это наблюдал Cassini. Это также означает, что давление на границе раздела вода-лед ниже на полюсах, а это означает, что она также имеет более высокую температуру замерзания, чем вода на экваторе.

Для сценариев с «несбалансированным» тепловым балансом, это означает, что часть тепла, создаваемого на луне, не отводится, перенос тепла к экватору слишком эффективен, и экваториальная ледяная оболочка будет иметь тенденцию таять. Между тем, сила градиента давления будет направлять ледяной поток от экватора к полюсам. Вместе таяние поток льда неизбежно уменьшит толщину льда вблизи экватора. Согласно этому сценарию, наблюдаемая геометрия льда не может сохраняться на протяжении всей жизни луны.

Художественный рендеринг, показывающий внутренний разрез коры Энцелада, который показывает, как гидротермальная активность может вызывать появление водяных шлейфов на поверхности луны.

В конце концов, работа доктора Кан и ее коллег подчеркивает, что ледяная оболочка и циркуляция океана на ледяных спутниках должны рассматриваться как взаимосвязанная система: циркуляция океана перераспределяет тепло и формирует ледяную оболочку, и, в свою очередь, замерзание ледяной оболочки / таяние и изменение толщины стимулируют циркуляцию океана. Хорошим результатом этого исследования является то, что оно указывает на возможность вывести одно из другого, что может быть полезно далеко за пределами Энцелада. В рамках этих усилий по изучению ледяных лун в нашей Солнечной системе группа, известная как программа «Исследование океанических миров», будет работать вместе, чтобы углубить наше понимание обитаемости ледяных лун и оптимального способа их исследования.

Источник: UniverseToday

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

26
Войдите, чтобы видеть ещё 6 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Расточительный Дмитрий Олегович
Вечность назад

Интересное утверждение насчёт: >давление на границе раздела вода-лед ниже на полюсах, а это означает, что она также имеет более высокую температуру замерзания, чем вода на экваторе. Вот этот график по идее говорит что это не так (за исключением очень небольшого промежутка давлений да и там разница копеечная) : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/e/e8/Water_phase_diagram.gif/400px-Water_phase_diagram.gif

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.