Ледяная лава и извержения при 0°C: история открытия криовулканизма в Солнечной системе
Ледяная лава и извержения при 0°C: история открытия криовулканизма в Солнечной системе
На пустынной поверхности Энцелада, спутника Сатурна, температура редко поднимается выше -200°C. Но при этом у южного полюса поверхность трясется и трещит, и из-под нее вырываются ввысь потоки, так похожие на извержения земных вулканов. Вот только из-подо льда вырываются не лава и пепел, а вода и газы. На Энцеладе царит криовулканизм. И в этом Энцелад не уникален. Криовулканизм есть и на других ледяных спутниках внешних планет Солнечной системы, а также на карликовых Церере и Плутоне. Но именно спутники помогли ученым разобраться в этом феномене...

Как возникает криовулканизм?

Необходимое условие криовулканизма  -  жидкий слой под поверхностью, играющий роль мантии.

До миссий Вояджеров никому из ученых и в голову не приходило пофантазировать о ледяных вулканах. Считалось, что все ледяные спутники должны быть промерзшими насквозь.

Эти объекты находятся так далеко от Солнца, что температура на их поверхности на несколько сотен градусов ниже точки замерзания воды. В самом начале, после формирования, эти тела могли быть теплыми внутри, но за прошедшие миллиарды лет они не могли не остыть окончательно. Какой может быть вулканизм при застывшей мантии?

Вот только планетологи не учли взаимодействие спутников друг с другом и со своей планетой. Гравитационное притяжение тянет и растягивает эти миры, заставляя слои двигаться и не позволяя им замерзать окончательно.

Под толстыми слоями льда сохранились глубокие океаны. В большинстве случаев этот жидкий слой можно обнаружить по магнитному полю тела. Соленая вода  - жидкость проводящая, и ее движение может влиять на магнитное поле и даже создавать собственное.

За движением этих полей можно наблюдать напрямую с орбиты с помощью исследовательского аппарата или по полярным сияниям.

Как был открыт криовулканизм

Как уже говорилось, до полета Вояджеров в 1979 году никто и думал, что “замерзшие вулканы” вообще могут существовать.

Пролетев мимо спутников Юпитера и Сатурна, два аппарата прислали снимки их поверхностей. И земные вулканологи увидели на этих фотографиях очень знакомые им пейзажи: “лавовые” долины, горы, похожие на вулканы, и кратеры.

“Они выглядели вулканическими, но мы знали, что это не может быть расплавленный камень, потому что для этого спутники были недостаточно плотными,” - рассказывает Розали Лоупс, геолог из Лаборатории реактивного движения НАСА.

 Южный полюс Тритона в объективе Вояд...
 Южный полюс Тритона в объективе Вояджера-2. Темные пятна  -  потенциальные извержения криовулканов

В 1989 году сомнений не осталось. Вояджер 2 пролетел мимо Тритона, спутника Нептуна, и заснял 8-километровую струю воды, которая вырывалась из-подо льда. Тут и появился термин криовулканизм  -  вулканизм, при котором лед ведет себя как камень, а вода как лава.

Вояджеры улетели, а вопросы остались. Продолжить изучение удалось лишь в 2004 году, когда на орбиту Сатурна вышла Кассини.

Тогда астрономы впервые смогли по-настоящему понаблюдать за криовулканическим миром.

C Фото джетов ледяного Энцелада, сдел...
C Фото джетов ледяного Энцелада, сделанное Кассини

Первое прямое доказательство активности мы получили в 2005 году, когда Кассини засекла на Энцеладе водное облако. Это подтвердило предположения, что под ледяной корой спутника находится жидкий слой, который ведет себя как мантия Земли.

Прошло еще немного времени и Кассини засняла джеты, вырывающиеся из-под поверхности Энцелада со скоростью 1300 километров в час.

Тайна ледяной лавы

В 2012 году похожее облако заметили у Европы, спутника Юпитера. Стало очевидно, что Энцелад не уникален. Но на Земли такого никогда не было и поэтому ученые не представляли, как ведет себя эта “ледяная лава”.

Теоретическая работа началась со сравнения тякучести и вязкости криолавы с показателями земной лавы. Исследователи обнаружили, что во многом эти лавы ведут себя одинаково, несмотря на совершенно разный состав и температуру.

 Пятно из замерзшей “криолавы” на Евр...
 Пятно из замерзшей “криолавы” на Европе, спутинке Юпитера

“На Земле лава вырывается при 1250°C, на ледяных спутниках это происходит при 0°C. У нас это точка замерзания, но для внешней Солнечной системы это очень высокая температура, потому что средняя температура там около -130 °C,” - объясняет Линай Куик (Lynnae Quick), планетолог-вулканолог из Смитсоновского национального аэрокосмического музея.

Как выглядит криолава?

Криолава  -  это довольно вязкая соленая жидкая субстанция с ледяными кристаллами. Таким становится подтаявший снег с наступлением весны.

Основную массу составляет вода, с примесями азота, метана и аммиака. Их содержание невелико, но они играют большую роль в поведении “ледяной лавы”.

На спутниках Юпитера и Сатурна эта лава состоит в основном из воды с примесями аммония и солей. В результате у нее очень низкая вязкость и поэтому “извергается” она медленно, вытекая из-под поверхности, затапливая большие территории.

Смоделированный вид сбоку на гору Ahu...
Смоделированный вид сбоку на гору Ahuna Mons из соленого льда на поверхности Цереры. Ее высота - около 4 километров

На спутниках Урана и Нептуна в лаве гораздо больше аммония и метанола, поэтому она гуще и чаще формирует холмы. Растворенные газы еще и летучи, поэтому чаще вырываются высокими джетами.

Различия криолавы и обычной лавы

Камни плотнее лавы и поэтому в ней тонут, а вот лед плавает на поверхности криолавы. Вся ледяная корка ледяных спутников на самом деле плавает на поверхности криолавы. Как же тогда жидкость прорывается через этот слой?

Возможно, помогает аммоний, или же выбросы провоцируются движением всей жидкой массы под воздействием притяжения других спутников и планеты.


Жизнь в подледном океане

Пусть мы пока и не разобрались в механизме возникновения джетов, их существование нам на руку. Они дают нам возможность проанализировать состав подповерхностного океана.

И эти подледные океаны пока что остаются самым многообещающим местом в плане поисков инопланетных микробов.

В 2015 году Кассини пролетела через один такой джет на Энцеладе и засекла высокое содержание молекулярного водорода. Его наличие может говорить о существовании на дне гидротермальных источников  -  очень удачного места для возникновения жизни.

 Обработанный снимок криогенной актив...
 Обработанный снимок криогенной активности на Энцеладе

Кассини была построена до того, как мы узнали об этих выбросах, поэтому на ней не было специализированного оборудования.

Зато это оборудование будет на аппарате Europa Clipper, который отправится к Юпитеру в 2024 году. Он сможет более полноценно изучить обитаемость спутников и, возможно, присмотреть место для посадки следующего аппарата.

Будем строить планы по мере поступления новой информации.Источник: "Наука от Фансаенс"
Опубликовано 29 октября 2021 Комментариев 0 | Прочтений 1186

Ещё по теме...

Добавить комментарий
Периодические издания



Информационная рассылка:

Рассылка X-Files: Загадки, Тайны, Открытия