Ciepło wytwarzane przez grawitacyjne przyciąganie księżyców powstałych wskutek masywnych kolizji może wydłużać czas życia oceanów ciekłej wody pod powierzchnią dużych lodowych globów w zewnętrznym Układzie Słonecznym – wskazują wyniki badań przeprowadzonych przez naukowców z NASA. To znacznie zwiększa liczbę miejsc, w których możemy szukać życia pozaziemskiego.
„Takie obiekty powinny być postrzegane jako potencjalne rezerwuary wody i życia” mówi Prabal Saxena z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku Icarus. „Jeżeli uzyskane przez nas wyniki są prawidłowe, to w naszym Układzie Słonecznym może być więcej miejsc posiadających składniki niezbędne do powstania życia”.
Te lodowe światy można znaleźć poza orbitą Neptuna i obejmują one między innymi Plutona i jego księżyce. To tak zwane obiekty trans-neptunowe (TNO), które znajdują się zbyt daleko od Słońca, aby posiadać wodę w stanie ciekłym na powierzchni – temperatura w tych rejonach nie przekracza -200 stopni Celsjusza. Niemniej jednak, dowody wskazują, że pod lodową skorupą mogą znajdować się nadal warstwy ciekłej wody. W ekstremalnie niskich temperaturach panujących na powierzchniach tych obiektów, lód wodny przyjmuje nieuporządkowaną, amorficzną formę. Co więcej, promieniowanie kosmiczne zamienia krystaliczny lód wodny w jego amorficzną formę, a to oznacza, że lód nie powinien przetrwać zbyt długo na powierzchni TNO. To wskazuje, że związki te mogą pochodzić z wewnętrznej warstwy ciekłej wody, która przedostała się na powierzchnię w procesach kriowulkanicznych.
Większość długotrwałego ciepła wewnątrz TNO pochodzi z rozpadu pierwiastków radioaktywnych, które znajdowały się w nich już na etapie ich powstawania. To ciepło może wystarczać do stopienia warstwy lodowej skorupy i powstania podpowierzchniowego oceanu, a nawet do utrzymania go przez miliardy lat. Jednak wraz z rozpadem pierwiastków radioaktywnych w bardziej stabilne, przestają one uwalniać ciepło i wnętrza tych obiektów stopniowo się ochładzają, a znajdujące się w nich oceany podpowierzchniowe z czasem zamarzają. Niemniej jednak najnowsze badania wskazują, że interakcje grawitacyjne z księżycem mogą wytwarzać wystarczająco dużo dodatkowego ciepła wewnątrz TNO, że mogą znacząco wydłużyć czas istnienia oceanu pod powierzchnią ciała.
Orbita każdego księżyca stopniowo ewoluuje w grawitacyjnym tańcu z ciałem macierzystym, aby z czasem osiągnąć najbardziej stabilny stan – orbitę kołową skorelowaną z równikiem ciała macierzystego. Potężne kolizje ciał niebieskich mogą prowadzić do powstania księżyców, gdzie materia wyrzucana na orbitę wokół większego ciała łączy się ze sobą w jeden lub więcej księżyców. Z uwagi na fakt, że kolizje zachodzą przy różnych prędkościach i pod różnymi kierunkami, mało prawdopodobne jest, aby powstawały w ich wyniku księżyce o idealnie stabilnych orbitach. Gdy powstały w wyniku kolizji księżyc dopasowuje swoją orbitę do bardziej stabilnego stanu, wspólne oddziaływanie grawitacyjne sprawia, że wnętrze obiektu macierzystego jak i księżyca regularnie się rozciągają, powodując tarcie i uwalnianie ciepła w procesie ogrzewania pływowego.
Badacze wykorzystali równania opisujące ogrzewanie pływowe i obliczyli jego wkład w „budżet cieplny” szerokiej planety odkrytych i hipotetycznych układów TNO-księżyc, włącznie z układem Eris-Dysnomia. Eris to drugi po Plutonie największy obiekt transneptunowy.
„Okazało się, że ogrzewanie pływowe może być kluczowe do zachowania oceanów ciekłej wody pod lodową powierzchnią dużych TNO takich jak Pluton i Eris nawet do chwili obecnej” mówi Wade Henning z NASA Goddard oraz Uniwersytetu w Maryland.
„Co ciekawe, nasze badania wskazują także, że ogrzewanie pływowe może sprawiać, że głęboko położone oceany z czasem staną się bardziej dostępne do obserwacji, bo stopniowo przesuwają się ku powierzchni” dodaje Joe Renaud z Uniwersytetu George Masson w Fairfax w Wirginii, współautor artykułu. „Jeżeli mamy warstwę ciekłej wody, dodatkowe ciepło pochodzące z ogrzewania pływowego sprawia, że zaczyna topnieć przylegająca do niej kolejna warstwa”.
Choć ciekła woda jest niezbędna do istnienia życia jakie znamy, to sama w sobie nie wystarczy. Życie wymaga także dostępu do chemicznych składników oraz źródła energii. Głęboko pod powierzchnią oceanów na Ziemi, niektóre geologicznie aktywne miejsca mają całe ekosystemu, które w całkowitej ciemności doskonale sobie radzą przy kominach hydrotermalnych, które dostarczają im składników w formie bogatych w energię związków chemicznych rozpuszczonych w gorącej wodzie. Za powstanie takich kominów hydrotermalnych może odpowiadać zarówno ogrzewanie pływowe jak i ciepło z rozpadu pierwiastków radioaktywnych”.
Źródło: NASA