Enceladus gravitacinio lauko analizė taip pat rodo, kad jame esantis skystas vanduo • Ivanas Lavrenovas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Astronomija, kosminiai tyrimai

Enceladus gravitacinio lauko analizė taip pat rodo, kad jame yra skysto vandens.

Pav. 1. Encelados paviršiuje yra paskutinės tektoninės veiklos pėdsakai. Priešin ÷ s Encelados puslankių pus ÷ s vaizdą sudaro 21 fotografija, kurią 2005 m. Liepos 14 d. Nufotografavo Cassini zondo siauros kampo kamera. Ši multispektrinė mozaika (taip pat žiūrėkite "melagingą spalvą") buvo gauta įvairiose spektro dalyse – nuo ultravioletinių iki infraraudonųjų spindulių, kurių rezoliucija yra nuo 350 iki 67 metrų per pikselę nuo 61 300 iki 11 100 km nuo Enceladus. Dėl to "tigro juostelės" (nuotraukoje – mėlyna) – keturi trūkumai šalia pietinio poliaus. Spalvos skirtumų paaiškina paviršiaus struktūra: gedimų sienos yra padengtos lygiu grubiais ledais, o likusius, plokščius, Enceladus paviršius padengtas milžinišku uolienų sluoksniu. Matytose spalvose Enceladus yra beveik visiškai baltas. Nuotraukos iš en.wikipedia.org

Trumpos Cassini automatinės mokslinių tyrimų stoties (Saturno palydovo Enceladas 2010-2012 m. Trys arti (mažesnės nei 500 km virš viršutinės paviršiaus) trajektorijos analizė atskleidė naujus argumentus dėl to, kad egzistuoja žemas ledinis vandenynas. Stoties greitis per sklidimo plotą, stebimas Doplerio siųstuvo signalo poslinkiu, matuojamas 90 μm / s tikslumu, todėl buvo įmanoma apskaičiuoti Encelados gravitacinio lauko nukrypimus nuo idealo.Šiuos nukrypimus geriausiai paaiškina 10 km storio skysčio vandens sluoksnis tarp apvalkalo ir šerdies netoli pietų.

Saturno palydovas "Enceladus" 2005 m. Pritraukė mokslo darbuotojų dėmesį, kai automatinė tyrimų stotis "Cassini" atvyko į Saturno apylinkes. Kadangi "Enceladus" yra labai mažas – jo skersmuo yra tik 500 km – jį sudaro ledo kubas ir akmens šerdis, kurio spindulys yra maždaug du trečdaliai palydovo spindulio (apie 1,61 g / cm3) buvo manoma, kad geologiniu požiūriu vargu ar tai būtų įdomu: kuo mažesnis yra dangaus kūno skersmuo, tuo greičiau jis atvės. Ir jei net ir Visagalis Didysis Mėnulis iki to momento atvėsęs, tuomet kūnai turi būti "šaltas ir miręs", nebent tam tikri šildantys veiksniai veikia jų gelmes. Tačiau priešingai nei tikėjosi, Enceladus astrobiologijos požiūriu pasirodė geologiškai aktyvus ir labai perspektyvus palydovas. Įvairūs įrodymai tvirtina, kad palydovo ledo masyvas, nepaisant jo mažo dydžio, yra nešvarus skysčio vandens rezervuaras.

Perėjimai ir įtrūkimai

Pirmasis Enceladus veiklos įrodymas yra jo paviršius. Dangaus kūnai, kurių geologinė veikla ilgą laiką nebuvo (ir nėra atmosferos erozijos), yra padengtos krateriais, kurių saugumui gresia pavojus. Todėl, jei yra daug kraterių (kaip, pavyzdžiui, kitame Saturno-Rhea palydovėje, 2 pav.), Tada greičiausiai tokio kūno paviršius yra labai senas ir ilgą laiką nepasikeitė. Apie Enceladą (taip pat ir Jupiterio palydovinę Europą) didelę dalį paviršiaus užima sritys, kuriose yra intensyvaus tektoninio aktyvumo pėdsakų – daugybė raukšlių, gedimų, lygiagretinių ir susikertančių vagų (1 pav.), O tai rodo, kad palapinės pluta patiria gana neseniai intensyvias deformacijas ( taip pat žiūrėkite: naujienos iš Saulės sistemos: Europos geizeriai ir vandens garai virš Cereso, "Elements", 2014-07-02). Kai kuriose iš šių vietų beveik nėra meteoritinių krautuvų, o tai reiškia, kad jie buvo suformuoti tik prieš kelis šimtus milijonų metų.

Pav. 2 Kitų Saturno palydovo, "Rhea", paviršiaus taškeliais yra smūgių krateriai. Tai reiškia, kad geologinis aktyvumas joje baigėsi jau seniai. Nuotraukos iš en.wikipedia.org

Smegenų deformacija rodo materijos judėjimą palydovo viduje. Kas galėjo sukelti šį judėjimą? Paviršiaus trintis ar šiluma iš spinduliuotės gali jam suteikti energijos ir, spręsdamas dėl Enceladuso paviršiaus išvaizdos, šis šildymas buvo labai intensyvus. Ar jis turėjo pakankamai ištirpinti dalį "Enceladus" ledų žievės? Pagal tipą paviršiaus aiškiai atsakyti į šį klausimą jis neveikia: atrodo, kad per gelmes yra Konvekcinės procesai, bet vandens ledo tampa plastiški, net jei temperatūra yra gerokai žemiau nulio, ir tai yra įmanoma, kad tai plastiškumas yra pakankamai užtikrinti, kad mantijos prasidėjo konvekcija ir kad ši konvekcija užtikrina šilumos pašalinimą iš gylio net ir be lydymosi. Be to, daugelis kietų dalelių tampa plastikine, kai temperatūra yra maždaug maždaug 0,6 jų lydymosi temperatūros (absoliučia mase). Pavyzdžiui, panašus plastikinės konvekcijos procesas dabar užtikrina šilumos perdavimą iš šerdies į Žemės apvalkalo gaubtą (kietąja medžiaga joje patikimai nustatoma seismometrija).

Geiseriai

Su Cassini pagalba buvo atrasta dar viena Encelados veiklos apraiška – geizeriai pietiniame poline (3 pav.).Tačiau dar per anksti daryti išvadas apie skysčio vandens buvimą net ir po geizorių atradimo: šis klausimas išsamiau. Galingos emisijos, kylančios virš palydovo pietinio poliaus ir išsiskiriančios iš vadinamųjų "tigrų juostelių", – keturios palyginti naujos gedulės prie Encelados pietų pakrantės – susideda iš vandens garų ir mažiausių ledo kristalų. Tai nenuostabu, nes "Enceladas" beveik neturi atmosferos, o skystas vanduo vakuume išgaruoja ir (arba) greitai užšąla. Tačiau tokia išmetamų teršalų sudėtis neleidžia nustatyti, ar geizerius generuoja skystas vanduo gylyje ar kitu mechanizmu, pvz., Potvynio trintis pačiose plyšiuose, lokalizuotas ledo šildymas ant sienų ir sublimacija.

Pav. 3 Geiseliai Enceladuso pietiniame polne. Vaizdas iš en.wikipedia.org

Paviršiaus šildymas gedimų zonoje

Encelados stebėjimai infraraudonųjų spindulių diapazone taip pat rodo, kad vanduo skystoje būsenoje yra jo gylyje: jie rodo labai stiprų paviršių gretimą šilumą (4 pav.). Vietos, kuriose yra geizeris, pašildomi iki 113-157 K, o tai yra daug aukštesnė už likusio palydovo paviršiaus temperatūrą, neviršijančią 75 K (-198 ° C).Bendroji šilumos srauto galia, gauta iš Encelados gelmių, apskaičiuota remiantis šiomis pastabomis, yra apie 15 GW (palyginti, visų geoterminių jėgainių bendra galia Rusijoje 2010 m. Buvo tik 80 MW). Plastikinės konvekcijos modelis gali paaiškinti tokį srautą tik ruože: jo intensyvumas proporcingas Archimedo stiprumui, veikiančiam šildomam ir mažiau tankiu ledui, ir proporcingas gravitacijos jėgai, kuri Enceladui yra 70 kartų mažesnė nei Žemėje.

Pav. 4 Kairėje: fotografuojamos didelės raiškos tigro juostos. Geizorių paviršius susideda iš sniego, kristalinio ledo ir didelių ledo blokų, tačiau jame nėra skysto vandens pėdsakų. Dešinėje: enceladus pietų polinio regiono vaizdiniai ir terminiai infraraudonieji spinduliai. Šviesiausios sritys šildomos iki 113-157 K. Nuotraukos iš en.wikipedia.org ir universetoday.com

Upės atšilimas

Kitas argumentas dėl to, kad "Encelados" viduje esantis vanduo yra, yra jo palyginimas su Mimasu, dar vienu Saturno palydovo, ir modeliais, apibūdinančiais dangaus kūnų potvynio kaitinimo priklausomybę nuo jų orbitinio judesio nelygumų, palydovo dydžio ir materijos savybių jos gylyje.Plūduriuojančio šildymo intensyvumas, lyginant kitus dalykus, didėja didėjant palydovo orbitos ekscentriškumui ir (artimais ortais, kaip Mimas ir Enceladus), jo nuolydžiu centrinės kūno pusiaujo plokštumoje. Mimas turi daugiau ekscentriškos ir nuožulnios orbitos nei Enceladas ir yra tik šiek tiek blogesnio dydžio (400 km), tačiau šiuo metu ir praeityje nėra jokių veiklos požymių. Išsamesnis modeliavimas parodė, kad patenkinamas tokio skirtumo paaiškinimas yra įmanomas tik tuo atveju, jei manoma, kad Enceladus gylyje yra skysčio.

Pav. 5 Du Saturno mėnulių palyginimas – Enceladus (kairėje) ir Mimas (dešinėje)

Šis "Enceladus" ir "Mimas" skirtumas yra dėl potvynių kaitinimo mechanikos ypatumų. Jo intensyvumas (kiti dalykai yra lygūs) yra proporcingi, kaip gerai išlieka potvynio jėgos deformacijų energija kūno viduje. Yra analogija: plieno valdiklis stumiamas į stalą svyruoja daug ilgiau nei plastiko, nes plastikui būdinga daugiau vidinės trinties. Kadangi vibracijų lėtėjimo metu elastinga energija pereina į šilumą, o kita linija įkaista, tačiau plastikas lėtėja greičiau: galia šildymas yra didesnis. Ir vandenyje, netgi plieno valdiklis daro daug mažiau svyravimų negu plastiko ore: energija klampioje terpėje greičiau išsisklaido. Tai reiškia, kad potvynio kaitros šiluminė galia didėja, kai medžiaga gylyje tampa plastikine, ypač kai ji tampa skystu. "Elastingas" palydovas gali būti labai nereguliarus orbitoje ir patirti tik silpną šilumą dėl trinties įtrūkimų ir lūžių. Tačiau, jei šildymo pakanka, kad palydovinė siela būtų į plastikinę būseną, jos sušiltų ir ištirpsta, o bendras šildymo intensyvumas daug kartų padidės, nes deformacijų amplitudė pirmą kartą išliks ta pati. Taigi labai tikėtina, kad Enceladas viduje yra skystis, o "Mimas" žarnos yra užšaldytos ir niekada netirpsta.

Skirtingų dviejų palydovų žarnų struktūrą patvirtina jų sudėties požymiai. Daroma prielaida, kad abu palydovai buvo suformuoti iš mišrios ledo ir akmens dalelių orbitoje aplink Saturno per pirmuosius kelis milijonus metų nuo Saulės sistemos formavimo pradžios. Šiuo metu aliuminio kompozicija, visur esanti primityvių akmens dalelių formavime,vis dar buvo pakankamai radioaktyvaus izotopo 26Al ", kuris suteikė gana stiprius šildymo elementus. Šilumos galia buvo proporcinga akmenukų medžiagos daliai šių kūnų gelmėse. Tačiau "Mimas" ši dalis yra ne daugiau kaip 20% (tai rodo jos tankis 1,15 g / cm3), o "Enceladus" – ne mažiau kaip pusė. Taigi, Mimas podirvio šildymas pasirodė nepakankamas ledo tirpimui, o Enceladui pakanka ištirpdyti ledu ir paskatinti diferencijavimą į akmens šerdį, ledo kiauną ir skysčio vandens vandenyną tarp jų. Radioaktyvusis aliuminis greitai suskaidė, bet tada įsigalėjo potvynių kaitinimas. Jei šis pirminis lydymas nebūtų įvykęs, Enceladus greičiausiai būtų toks pat miręs, kaip Mimasas.

Verta paminėti 4800 km skersmens Jupiterio Callisto palydovą. Kodėl šis palydovas, nepaisant dešimties kartų didesnių nei Enceladus, palyge, yra spindulys ir ne tokia maža akmens masės dalis kompozicijoje? Atsakymas, matyt, yra paprastas: Callisto yra labai toli nuo Jupiterio, ir tie patys palydovų formavimo modeliai leidžia manyti, kad tokiais atstumais palydovo formavimasis yra labai lėtas ir gali užtrukti daugiau nei šimtą milijonų metų.Planetesimaluose, iš kurių buvo suformuota Callisto, nebėra 26Al, o dalelių kritimo į pro-Callisto greitis ir greitis buvo pernelyg lėtas, kad susidarytų dėl lydymosi.

Gravitacinis laukas

Nepaisant jau įspūdingo nepriklausomų "Enceladus" skysto vandens egzistavimo įrodymų sąrašo, mokslininkai ieškojo kitų įrodymų. Luciano Yess vadovaujama mokslininkų grupė gavo tokį patvirtinimą, panaudodama labai tikslius Cassini zondo trajektorijos matmenis gravitaciniame Encelados lauke. Šio metodo esmė yra matuoti dangaus kūno gravitacinio lauko skirtumus iš to paties (hipotetinio) taško masės lauko. Šie skirtumai priklauso nuo masės pasiskirstymo viduje kūno ir turi įtakos pravažiuojančių transporto priemonių ir natūralių mažų kūnų trajektorijai, todėl, įrašydami trajektoriją labai tiksliai ir analizuodami jo nukrypimą nuo idealo, galite sužinoti masinio pasiskirstymą palydovo ar planetos viduje ir taip "išvysti" podirvyje.

Vienas tokios įtakos pavyzdys yra vadinamieji kaukolės ant mėnulio. Skraidantis per tokią zoną žemoje orbitoje, palydovas gauna papildomą trauką, nukreipiančią savo trajektoriją žemyn (pavyzdžiui, Lunar Obriter stotyse, šie nukrypimai pasiekė dvi kilometrus).Vėliau jie išmoko nuokrypis naudojama ištirti paviršinių sluoksnių Žemę ir Mėnulį su dideliu tikslumu (žr. Aprašymas Goce misijos, malonė ir Grail) struktūrą. Detalės paliks užkulisiuose, sakydamas tik, kad šie metodai yra susiję su prieigos kortelės gravitacinis potencialas aplink dangaus kūną erdvėje. Kaip tai yra įmanoma, mokytis nedimensinį momentą inercijos dangaus kūnas, apibūdinantis diferenciacijos iš žemės gelmių medžiagos laipsnį giliai tankių ir mažiau tankius paviršinių sluoksnių, ir aptikti nukrypimus nuo pusiausvyros (pavyzdžiui, porcijomis daugiau tvirtos medžiagos prie paviršiaus).

Be diskusijų popieriaus, mokslininkai panaudojo tris garbinti apžvalga Enseladuso padarytas zondo "Cassini" 2010-2012, trajektorija, kurios buvo optimaliausias už jos gravitacinis potencialas žemėlapyje statybos, ypač pietinėje poliarinio regiono. Jie galėjo nustatyti "Cassini" greitį iki 0,02-0,09 mm / s (palyginimui, iš, susijusių su Saturno ir jo palydovų zondo greitis – dešimtys km / C). Tokia nuostabi tikslumas tapo įmanoma daugiausia dėka kruopštaus integracijos visų rūšių, net labai silpnas, veiksniai, darantys įtaką prietaiso greitį (pavyzdžiui,aerozinamiškai sumažinant geizerių išmetimą ir reaktyvinę galią, atsirandančią dėl netolygaus Cassini radionuarinių izotopų generatorių radiatorių šilumos spinduliuotės išmetimo).

Pav. 6 Kairėje: Enceladus gravitacinio lauko anomalijų žemėlapis, apskaičiuotas pagal Cassini zondo trajektorijų analizę. Dešinėje: "Enceladus" vidinės struktūros modelis, remiantis gautų duomenų. Vaizdai iš diskusijos straipsnio Mokslas ir ru.wikipedia.org

Visa tai leido patikslinti "Enceladus" matmenis ir apskaičiuoti jo masės pasiskirstymą: paaiškėjo, kad "Enceladus" šerdies spindulys yra 190 km, o mantijos storis yra 60 km. Taip pat buvo lokalizuota didelė gravitacinė anomalija netoli pietų. Jo egzistavimą geriausiai paaiškina tai, kad po pietiniu polu – tai, kur vandenynas turėtų būti, priklausomai nuo geizerių buvimo ir padidėjusio šilumos srauto – yra didelis plotas, kuriame yra daugiau tankios medžiagos. Šio rezervuaro storis, apskaičiuotas pagal skirtumą tarp vandens ir ledo tankių, yra 10 km pietiniame polne ir palaipsniui išnyksta iki maždaug 50 ° pietų platumos.

Taigi labai tikėtina, kad Encelados vandenynas iš tikrųjų egzistuoja ir yra lokalizuotas netoli pietų.Ji turi visas gyvenimo sąlygas: maistinių medžiagų buvimą dėl sąlyčio su uolų šerdimi ir šiluminės energijos srautą dėl potvynio kaitros. Be to, slėgis vandenyno apačioje atitinka Žemės vandenynų slėgį tik 0,8 km gylyje, kuris kartu su druskų sudėtimi daro jį iš visų Saulės sistemos rezervuarų labiau panašus į Žemės vandenynus. Jei ant kitų planetų palydovų yra skysto vandens (daroma prielaida, kad Europoje yra vandenynų, Ganymede, Callisto ir Titanas), tada sąlygos, susijusios su tinkamumu gyvenimui, gerokai prastesnės už Enceladusas – daugiausia dėl aukšto slėgio ir mineralų trūkumas, susijęs su vandens perleidimu į aukšto slėgio ledus ir tiesioginio kontakto su skysčiu vandens trūkumu žemėje apačioje.

Šaltinis: L. Iess ir kt. Encelados gravitacinis laukas ir vidinė struktūra // Mokslas. 2014. V. 344. P. 78-80. DOI: 10.1126 / science.1250551.

Taip pat žiūrėkite: Saturnas iš Cassini-Huygenso – straipsnių rinkinys apie Saturno ir jo palydovų tyrimą, remiantis Cassini-Huygens misijos duomenimis.

Ivanas Lavrenovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: