Nawet potężne kosmiczne zderzenia nie muszą pozbawiać lodowych księżyców warunków sprzyjających istnieniu życia

Oceany na lodowych księżycach mogą przetrwać nawet potężne kosmiczne zderzenia. Naukowcy sprawdzili w symulacjach, jak największe kolizje wpływają na wnętrza księżyców zewnętrznego Układu Słonecznego.

Oceany na lodowych księżycach a potężne kosmiczne zderzenia

Jak wskazują astronomowie, część księżyców krążących wokół Saturna, Urana i Neptuna prawdopodobnie skrywa oceany ciekłej wody pod warstwami lodu o grubości wielu kilometrów. Ponieważ życie, jakie jest znane ludzkości, potrzebuje wody, te ukryte zbiorniki należą do najbardziej obiecujących miejsc do poszukiwania organizmów poza Ziemią.

Jednak zewnętrzna część Układu Słonecznego jest miejscem gwałtownych zderzeń. Naukowcy podejrzewają, że część współczesnych księżyców powstała z pozostałości wcześniejszych obiektów, które zostały rozbite, a następnie ponownie uformowały się z odłamków. Rodzi to pytanie, czy podobne kolizje mogą wpływać również na ukryty pod lodem ocean, a wraz z nim na możliwość istnienia życia.

W ramach nowego badania naukowcy z University of Maryland odkryli, że nawet największe zderzenia nie mają zasadniczego wpływu na to, czy lodowy księżyc może posiadać ocean. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

Astronomowie chcieli sprawdzić, czy potężne kolizje pomagają księżycom zachować oceany, czy przeciwnie, prowadzą do ich zniszczenia i zamieniają obiekt w zimny, pozbawiony życia świat. Wyniki sugerują, że wielkie zderzenia nie odgrywają istotnej roli w tym, czy ocean istnieje. Jeżeli znajdował się on pod powierzchnią przed kolizją, prawdopodobnie przetrwa również po niej. Dotyczyło to także sytuacji odwrotnej, gdy ocean wcześniej nie istniał.

Naukowcy połączyli dwa rodzaje symulacji

Naukowcy uwzględnili w symulacjach praktycznie największe zderzenia, jakie można było założyć. Skoro nawet tak gwałtowne wydarzenia nie wpłynęły znacząco, tym bardziej nie powinny robić tego mniejsze kolizje.

W badaniu połączono dwa zupełnie różne rodzaje symulacji komputerowych. Pierwszy pozwalał odtworzyć gwałtowny przebieg kosmicznej kolizji, co pozwoliło badaczom śledzić losy ogromnej liczby fragmentów skał i lodu, które rozpadały się, nagrzewały, a następnie ponownie łączyły.

Drugi rodzaj symulacji dotyczył znacznie wolniejszych procesów zachodzących we wnętrzach księżyców przez miliardy lat. Naukowcy śledzili w ten sposób, jak ciepło gromadziło się w jądrze i wydostawało na zewnątrz oraz czy lód mógł stopić się i utworzyć ocean.

Większe i mniejsze księżyce reagują inaczej

Połączenie obu metod pozwoliło na przeanalizowanie dwóch rodzajów księżyców o promieniach około 500 i 1000 kilometrów. W symulacjach były one uderzane przez mniejsze ciała niebieskie, rozbijane, a następnie ponownie się formowały. Naukowcy prześledzili następnie 4,5 miliarda lat historii każdego z takich obiektów. Okazało się, że rozmiar księżyca miał większe znaczenie dla skutków zderzenia, niż wcześniej zakładano.

W przypadku większych księżyców potężne zderzenie dostarczało do ich wnętrza dodatkowej energii cieplnej. Dzięki temu znajdujący się pod powierzchnią ocean mógł stać się głębszy i utrzymywać się w takim stanie przez kolejne około dwa miliardy lat. W przypadku mniejszych księżyców następstwa kolizji były odwrotne.

Kolizje mogą niszczyć warstwę zatrzymującą ciepło

Jak opisują astronomowie, przed zderzeniami małe księżyce posiadały zewnętrzną warstwę, w której skały i lód były ze sobą wymieszane. Działała ona jak izolacja, zatrzymując ciepło we wnętrzu i pomagając utrzymać znajdujący się pod nią ocean w stanie ciekłym. Kolizje niszczyły tę strukturę.

Gdy księżyc ponownie się formował, cięższe skały opadały ku jego środkowi, a lód przemieszczał się w stronę powierzchni. W efekcie satelita tracił warstwę, która wcześniej pomagała zatrzymywać ciepło, dlatego trudniej było mu utrzymać ocean. W żadnym z analizowanych przypadków zderzenie nie doprowadziło jednak do powstania oceanu w księżycu, który bez tej kolizji pozostałby zamarznięty.

Rhea może nosić ślady dawnego zderzenia

Wyniki badania dotyczą całej grupy istniejących księżyców, które agencje kosmiczne planują badać. Należą do nich średniej wielkości księżyce Saturna: Mimas, Enceladus, Tetyda, Dione i Rea, a także księżyce Urana: Miranda, Ariel, Umbriel, Tytania i Oberon oraz duży księżyc Neptuna, Tryton.

Szczególną uwagę naukowców zwróciła Rhea. Jej stare kratery są niezwykle gładkie i wygładzone, jakby zostały ogrzane od wewnątrz. Ich zdaniem jej wygląd przypomina powierzchnię bałwana, który po pewnym czasie zaczął się topić pod wpływem ocieplenia. W przypadku tego obiektu źródłem ciepła nie było jednak Słońce, lecz wnętrze księżyca. Jednym z możliwych wyjaśnień wygładzenia kraterów jest dawne zderzenie, które zwiększyło temperaturę wewnętrznego oceanu.

Wyniki mogą pomóc planować przyszłe misje

Jak wskazują naukowcy, wiedza o tym, które księżyce mogą posiadać wodę, może pomóc określić, dokąd wysyłać przyszłe misje kosmiczne i czego szukać. Chodzi między innymi o grawitacyjne oznaki obecności ukrytego oceanu, słone osady oraz lodowe „kriowulkany” na powierzchni. Wyniki badań mają również znaczenie dla określenia czułości instrumentów przeznaczonych do poszukiwania życia.

Zdaniem astronomów rodzaj ewentualnego życia miałby znaczenie dla sposobu projektowania takich misji. Poszukiwanie pojedynczych mikroorganizmów wymagałoby innych narzędzi niż badanie oceanu, w którym występowałoby znacznie bardziej złożone życie. Badacze zaznaczają przy tym, że historia zderzeń jest tylko jednym z czynników wpływających na jego możliwości podtrzymywania życia na księżycach. Co najmniej równie ważne jest ciepło wytwarzane przez pływy.

Emil Gołoś