Tidevand kan være varmekilde på iskolde måner

De iskolde måner i det ydre solsystem rummer potentialet for liv, da de kan indeholde oceaner af vand. Men livet har også brug for en energikilde for at udføre væsentlige funktioner såsom vækst, reproduktion og bevægelse.

Hvordan, derefter, kunne energi genereres på en fjern måne, langt fra solens varme? Et nyligt papir så på, hvordan tidevandsopvarmning kunne finde sted i oceanerne af Saturns måner Titan og Enceladus, som er godt undersøgt af NASA's og Den Europæiske Rumorganisations Cassini-mission. Mens forskerne har en ide om, hvor tykke disse oceaner er, mængden af ​​energi, der produceres ved tidevandsspredning på disse fjerne verdener, er ukendt. Yderligere modellering og undersøgelse vil være påkrævet i de kommende årtier.

Det nye papir, "Numerisk modellering af tidevandsspredning med bundtræk i Titan og Enceladus 'oceaner, " blev for nylig offentliggjort online i tidsskriftet Icarus. Forskningen kiggede på to forskellige typer trækmodeller, der ville påvirke tidevandsspredning i havene, og giver forudsigelser om, hvordan denne spredning kan ændre månernes kredsløb. Forskningen blev ledet af Hamish Hay, en doktorgradskandidat i planetarisk videnskab ved University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, og blev medforfatter af sin vejleder, Isamu Matsuyama.

Hays forskning anvendte en computersimulering, som han har udviklet til at undersøge tidevandsmodstand i oceanerne af Titan og Enceladus. De inkluderede Rayleigh træk (som gælder for jævne strømme) og bundtræk (som er mere turbulent). Den faktiske strømning i oceanerne af iskolde måner forventes at være turbulent.

Tidevandsenergi

Hay holdt sin model simpel for at se, om den stemte overens med de teoretiske beregninger fra andre forfattere. Dette betød, at for eksempel, han lagde ikke en iskold kasket på havene, hvilket er hvad der findes på disse fjerne måner. Han holdt også tykkelsen af ​​havene ensartet over hele månen. Dette er en god tilnærmelse til store måner som Titan, men ikke for Enceladus, hvor vi ved, at havet er tykkest ved sydpolen. Med hans model nu kendt for at matche den eksisterende teori ret tæt, han planlægger fremtidige artikler for at udforske de yderligere virkninger af en indlandsis og rumlige ændringer i havets tykkelse.

Iskolde måner spreder energi, fordi de oplever en skiftende tyngdekraft på grund af både den varierende afstand mellem månen og planeten, og hældningen af ​​månens rotationsakse. Hø påførte hver af disse efter tur, mens både havets tykkelse og modstandskoefficienten varierede, en numerisk repræsentation af væskens modstand, for at se, hvordan mængden af ​​afledt energi påvirkes. Han begyndte med at anvende den skiftende måne-planet afstand til Titan med det resultat, at hans model viste adskillige spidser i energispredning, når havet er ret tyndt, blot et par snese meter tyk. Imidlertid, Titans hav er faktisk meget tykkere (over 100 kilometer tykt), så dens virkelige spredte energi, på grund af den skiftende afstand mellem månen og planeten, forventes at være meget mindre.

Da Hay overvejede spredning på grund af hældningen af ​​Titans rotationsakse, resultatet var et helt andet. Hvis Titans hav er mindst 100 meter tykt, den opvarmning, der sker, styres af mængden af ​​modstand, som havet oplever, når det strømmer, kendt som "bundmodstandskoefficienten".

"Dette ville betyde, at havet spreder mere energi, end vi ellers havde forventet, " sagde han. "Selvfølgelig, dette afhænger af størrelsen af ​​bundmodstandskoefficienten, hvilket jeg understreger, vi ved det ikke, " han sagde.

På Enceladus, ifølge Hays modellering, opvarmning fra bundmodstand og den skiftende måne-planet-afstand sker lettest, når havet er mindre end en kilometer tykt, meget tyndere end den faktiske formodede tykkelse af månens hav. Virkningerne af Rayleigh-modstanden viser ingen signifikant mængde af spredt tidevandsenergi. I modsætning til Titan, rotationshældningen af ​​Enceladus er sandsynligvis for lille til at forårsage betydelig tidevandsspredning, så enhver energi til Enceladus skulle komme fra en anden proces.

Tidevand vides også at have en effekt på satellitternes kredsløb. For eksempel, tidevandsspredning over eonerne kan cirkulere en planets kredsløb. I tilfældet med Titan, Hays model viste, at tidevandsspredning med et tykt nok hav kunne mindske den hastighed, hvormed månen bevæger sig væk fra Saturn. Et meget tyndt hav kan få månen til at migrere mod Saturn, men det forventes ikke at være tilfældet på Titan.

Hay sagde, at det er for tidligt at tale detaljeret om eventuelle konsekvenser for astrobiologi, men håber, at hans forskning vil føre til en bedre forståelse af tidevandsmiljøet på Enceladus og Titan, og hvor meget tidevandsenergi, der kan være tilgængelig for liv på disse måner.

Cassinis mission slutter i september 2017, når rumfartøjet, lavt brændstofforbrug, er dirigeret ind i Saturn. Manøvren vil ikke kun give forskere nogle målinger af Saturns atmosfære, men vil også beskytte de iskolde måner i nærheden mod enhver chance for forurening.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.