Zajímavá fyzika pod povrchem ledových měsíců

Saturnův měsíc Mimas vypadá jako Hvězda smrti, 400 km velká ledová koule pokrytá krátery, včetně jedné masivní impaktní pánve. Zdá se být zcela mrtvý. Přesto se měsíc při oběhu mírně kymácí a prozrazuje tajemství tekuté vody, která šplouchá pod jeho ledovou kůrou. Jak může geologicky mrtvý povrch skrývat oceán? Odpověď se týká fyziky.

Výzkumníci pod vedením Maxe Rudolpha z University California, Davis, zjistili, že když se ledové skořápky na malých měsících rozpouštějí ode dna, tlak může klesnout natolik, že oceán začne vařit, ne z tepla, ale z dekomprese.

Mechanismus spočívá v základní vlastnosti vody: led zabírá větší objem než kapalina. Když se led na základně skořápky roztaví na kapalnou vodu, tlak v celém oceánu klesne. Na nejmenších měsících, jako jsou Mimas, Enceladus a Uranova Miranda, výpočty ukazují, že tlak může klesnout až k trojnému bodu vody, kde led, kapalina a pára koexistují současně. Tyto světy jsou zahřívány slapovými silami mateřských planet. Jak měsíce gravitačně interagují, zahřívání kolísá. Vyšší slapové zahřívání vede k tání a ztenčuje vrstvu ledu. Když zahřívání klesá, led opět přibývá.

Rudolfův tým již dříve studoval změny ledové skořápky měsíců. Protože mrznoucí voda se rozpíná, rostoucí led vytváří kompresní tlak, což může vést k popraskání povrchu. To pravděpodobně vysvětluje trhliny na Enceladu ve tvaru „tygřích pruhů“, které z oceánu pod ním chrlí vodní páru do vesmíru. Co se ale děje během zmenšování tloušťky ledu? Snímky z Voyageru 2 ukazují povrch Mirandy rozdělený do zřetelných oblastí hřebenů a útesů zvaných koróny. Vaření oceánu během ztenčování ledové skořápky by mohlo vysvětlit, jak se tyto dramatické útvary vytvořily.

Na větších měsících, jako je Titania obíhající kolem Uranu, by pokles tlaku z tajícího ledu vedl k popraskání ledové kůry ještě před dosažením trojného bodu vody. Geologie Titanie naznačuje cyklus ztenčení následovaný opětovným zvětšením tloušťky, kdy dochází ke změnám tlaku bez varu.

Tyto ledové měsíce, zejména Enceladus, patří ve Sluneční soustavě mezi nejlepší kandidáty na život. Pochopení fyzikálních procesů pod jejich povrchem odhaluje, která prostředí zůstávají dostatečně stabilní pro biologii a která procházejí prudkými fázovými přechody.

Mimas však představuje záhadu, protože jeho mrtvě vypadající povrch se zdá být neslučitelný s aktivním oceánem. Pokud však poklesy tlaku během ztenčování nerozbijí jeho ledovou schránku, oceán by mohl přetrvat, aniž by zanechal povrchové jizvy.

Stejně jako geologie Země odhaluje čtyřmiliardový vývoj naší planety, povrchy ledových měsíců vyprávějí příběhy o cyklech poháněných nikoliv horninami a magmatem, ale přeměnou vody mezi pevnou, kapalnou a plynnou fází. Pochopení těchto mimozemských procesů nám pomáhá číst tyto příběhy a identifikovat, které světy by mohly v jejich temných mořích ukrývat život.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/the-strange-physics-beneath-icy-moons

autor: František Martinek