En orbital dans kan hjælpe med at bevare oceanerne på iskolde verdener

Varme genereret af tyngdekraften fra måner dannet fra massive kollisioner kan forlænge levetiden for flydende vandhave under overfladen af ​​store iskolde verdener i vores ydre solsystem, ifølge ny NASA-forskning. Dette udvider i høj grad antallet af steder, hvor udenjordisk liv kan findes, da flydende vand er nødvendigt for at understøtte kendte former for liv, og astronomer vurderer, at der er snesevis af disse verdener.

"Disse objekter skal betragtes som potentielle reservoirer af vand og liv, " sagde Prabal Saxena fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, hovedforfatter af forskningen offentliggjort i Icarus 24. november. "Hvis vores undersøgelse er korrekt, vi kan nu have flere steder i vores solsystem, der besidder nogle af de kritiske elementer for udenjordisk liv."

Disse frigide verdener findes uden for Neptuns kredsløb og inkluderer Pluto og dens måner. De er kendt som Trans-Neptunian Objects (TNO'er) og er alt for kolde til at have flydende vand på deres overflader, hvor temperaturen er mindre end 350 grader under nul Fahrenheit (under minus 200 Celsius). Imidlertid, der er tegn på, at nogle kan have lag af flydende vand under deres iskolde skorper. Ud over bulkdensiteter, der ligner andre kroppe, der mistænkes for at have underjordiske oceaner, en analyse af lyset reflekteret fra nogle TNO'er afslører signaturer af krystallinsk vandis og ammoniakhydrater. Ved de ekstremt lave overfladetemperaturer på disse genstande, vandis tager en uordnet, amorf form i stedet for de regelmæssigt ordnede krystaller, der er typiske i varmere områder, såsom snefnug på Jorden. Også, rumstråling omdanner krystallinsk vandis til den amorfe form og nedbryder ammoniakhydrater, så de forventes ikke at overleve længe på TNO overflader. Dette tyder på, at begge forbindelser kan være kommet fra et indre flydende vandlag, der brød ud til overfladen, en proces kendt som kryovulkanisme.

Det meste af den langlivede varme inde i TNO'er kommer fra henfaldet af radioaktive elementer, der blev inkorporeret i disse objekter, da de blev dannet. Denne varme kan være nok til at smelte et lag af den iskolde skorpe, generere et hav under overfladen og måske vedligeholde det i milliarder af år. Men efterhånden som de radioaktive grundstoffer henfalder til mere stabile, de holder op med at frigive varme, og det indre af disse genstande afkøles gradvist, og eventuelle underjordiske oceaner vil i sidste ende fryse. Imidlertid, den nye forskning fandt, at tyngdekraftens interaktion med en måne kan generere nok yderligere varme inde i en TNO til betydeligt at forlænge levetiden for et hav under overfladen.

Enhver månes kredsløb vil udvikle sig i en gravitationel "dans" med dens moderobjekt for at opnå den mest mulige stabile tilstand - cirkulær, på linje med ækvator for sin forælder, og med månen snurrende i en hastighed, hvor den samme side altid vender mod sin forælder. Store kollisioner mellem himmellegemer kan generere måner, når materiale sprøjtes ind i kredsløb omkring det større objekt og smelter sammen til en eller flere måner under sin egen tyngdekraft. Da kollisioner forekommer i mange forskellige retninger og hastigheder, det er usandsynligt, at de vil producere måner med perfekt stabile baner i starten. Når en kollisionsgenereret måne tilpasser sig en mere stabil bane, gensidig gravitationel tiltrækning får det indre af forældreverdenen og dens nymåne til at strække sig og slappe af gentagne gange, genererer friktion, der frigiver varme i en proces kendt som tidevandsopvarmning.

Holdet brugte ligningerne til tidevandsopvarmning og beregnede dets bidrag til "varmebudgettet" for en lang række opdagede og hypotetiske TNO-månesystemer, inklusive Eris-Dysnomia systemet. Eris er næststørst af de i øjeblikket kendte TNO'er efter Pluto.

"Vi fandt ud af, at tidevandsopvarmning kan være et vendepunkt, der kan have bevaret oceaner af flydende vand under overfladen af ​​store TNO'er som Pluto og Eris til i dag, " sagde Wade Henning fra NASA Goddard og University of Maryland, College Park, medforfatter til undersøgelsen.

"Det er afgørende, vores undersøgelse tyder også på, at tidevandsopvarmning kan gøre dybt begravede oceaner mere tilgængelige for fremtidige observationer ved at flytte dem tættere på overfladen, " sagde Joe Renaud fra George Mason University, Fairfax, Virginia, en medforfatter på papiret. "Hvis du har et flydende vandlag, den ekstra varme fra tidevandsopvarmning ville få det næste tilstødende islag til at smelte."

Selvom flydende vand er nødvendigt for livet, det er ikke nok i sig selv. Livet har også brug for en forsyning af kemiske byggesten og en energikilde. Dybt under havet på jorden, visse geologisk aktive steder har hele økosystemer, der trives i totalt mørke, fordi hydrotermiske åbninger kaldet "sorte rygere" leverer de nødvendige ingredienser i form af energirige kemikalier opløst i overophedet vand. Tidevandsopvarmning eller varme fra henfald af radioaktive grundstoffer kan begge skabe sådanne hydrotermiske ventilationskanaler, ifølge holdet.

Holdet vil gerne udvikle og bruge endnu mere nøjagtige modeller af tidevandsopvarmning og TNO-interiør til at bestemme, hvor længe tidevandsopvarmning kan forlænge levetiden for et hav med flydende vand, og hvordan en månes kredsløb udvikler sig, efterhånden som tidevandsopvarmning spreder energi. Holdet vil også gerne opdage, på hvilket tidspunkt et flydende vandhav dannes; om det dannes næsten med det samme, eller om det først kræver en betydelig varmeopbygning.