Теперь эксперименты геофизиков из университетов Брауна и Колумбии показывают, что этот процесс, называемый приливной диссипацией, может создавать гораздо больше тепла во льдах Европы, чем предполагали ученые ранее. Работа может в конечном итоге помочь исследователям лучше оценить толщину внешней оболочки Луны.Работа опубликована в выпуске журнала Earth and Planetary Science Letters от 1 июня.Самые большие спутники Юпитера — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были впервые обнаружены Галилеем в начале 1600-х годов.
Когда НАСА отправило космический корабль к Юпитеру в 1970-х и 1990-х годах, эти спутники оказались полны сюрпризов.«[Ученые] ожидали увидеть холодные, мертвые места, но сразу же они были поражены их поразительными поверхностями», — сказала Кристин Маккарти, преподаватель Колумбийского университета, которая руководила этим новым исследованием в качестве аспиранта Брауна. «Там явно была какая-то тектоническая активность — вещи двигались и трескались. Были также места на Европе, которые выглядели как растаявший или мягкий лед».Единственный способ создать достаточно тепла для этих активных процессов вдали от Солнца — это приливная диссипация.
Эффект, по словам Маккарти, немного похож на то, что происходит, когда кто-то несколько раз сгибает металлическую вешалку для одежды.«Если вы согнете его вперед и назад, вы почувствуете, как он нагревается на стыке», — сказала она. «Это происходит потому, что внутренние дефекты в этом металле трутся друг о друга, и это аналогично тому, как энергия рассеивается во льду».Однако детали процесса во льдах не очень хорошо изучены, и исследования по моделированию, которые пытаются уловить эту динамику на Европе, дали некоторые загадочные результаты, говорят исследователи.
«Люди использовали простые механические модели для описания льда», — сказал Маккарти. Хотя эти расчеты предполагали наличие жидкой воды под поверхностью Европы, «они не получали тепловых потоков, которые могли бы создать эту тектонику. Поэтому мы провели несколько экспериментов, чтобы попытаться лучше понять этот процесс».
Работая с Ридом Купером, профессором наук о Земле, окружающей среде и планетах из Брауна, Маккарти загрузил образцы льда в устройство для сжатия. Она подвергала образцы циклическим нагрузкам, аналогичным тем, которые действуют на ледяной панцирь Европы. Когда нагрузки прикладываются и снимаются, лед деформируется, а затем в определенной степени отскакивает. Измеряя время задержки между приложением напряжения и деформацией льда, Маккарти мог сделать вывод, сколько тепла выделяется.
Эксперименты дали удивительные результаты. Подходы к моделированию предполагали, что большая часть тепла, генерируемого процессом, происходит от трения на границах между зернами льда. Это означало бы, что размер зерен влияет на количество выделяемого тепла. Но Маккарти нашла аналогичные результаты, даже когда она существенно изменила размер зерен в своих образцах, предполагая, что границы зерен не являются первичными генераторами тепла в процессе.
Работа предполагает, что большая часть тепла на самом деле исходит от дефектов, которые образуются в кристаллической решетке льда в результате деформации. Эти дефекты, как показали исследования, создают больше тепла, чем можно было бы ожидать от границ зерен.
«Кристина обнаружила, что по сравнению с моделями, которые использует сообщество, лед, по-видимому, на порядок более диссипативен, чем люди думали», — сказал Купер.Чем больше рассеивание, тем больше тепла, и это может иметь последствия для Европы.«Прелесть этого в том, что как только мы разберемся с физикой, она станет чудесно экстраполяционной», — сказал Купер. «Эти физики являются первоклассными в понимании толщины оболочки Европы. В свою очередь, толщина оболочки относительно основной химии Луны важна для понимания химии этого океана.
И если вы ищете жизнь, тогда химия океана имеет большое значение ".Маккарти и Купер надеются, что разработчики моделей воспользуются этими открытиями, когда они попытаются разгадать тайны скрытого океана Европы.
«Это дает разработчикам моделей возможность применить новую физику», — сказал Маккарти.