Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна, под ледяной коркой которых скрываются огромные океаны жидкой воды. Однако только на Энцеладе ученые наблюдают мощные гейзеры, выбрасывающие воду в космос. Долгое время причина этой особенности оставалась загадкой. Исследователи Пермского Политеха совместно с коллегами из УрО РАН предложили новое объяснение, связанное с циркуляцией воды в подледном океане спутника. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Ключевую роль играет необычное свойство воды: максимальная плотность достигается не при нуле градусов, а при температуре около +4 °C. Это приводит к сложной циркуляции воды в подледном океане.
«Мы знаем, что лед легче воды. Но вода достигает максимальной плотности при +4 °C. Поэтому в океане возникают слои с разной плотностью, и формируется сложная циркуляция, которую называют проникающей конвекцией», — объяснил Вадим Шарифулин, научный сотрудник лаборатории вычислительной гидродинамики ИМСС УрО РАН.
В такой системе теплая вода поднимается вверх, но по мере охлаждения становится тяжелее и снова опускается вниз. В результате в океане формируется многослойная циркуляция, которая может препятствовать равномерному переносу тепла.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи разработали математическую модель, в которой спутник представлен пятислойной системой: северная ледяная кора, северная часть океана, каменное ядро, южная часть океана и южный лед.
Расчеты показали, что ключевую роль играет толщина слоя активно перемешивающейся воды. Если он достигает критического значения — около 61% глубины океана — система становится неустойчивой и тепловой поток между полушариями начинает распределяться неравномерно.
«Когда толщина этого слоя приближается к критическому значению, резко возрастает чувствительность системы к небольшим изменениям. Это может запустить положительную обратную связь между полушариями и привести к устойчивой асимметрии теплового потока», — пояснила Татьяна Любимова, заведующая лабораторией вычислительной гидродинамики ИМСС УрО РАН.
В результате южное полушарие Энцелада начинает перегреваться. Ледяная кора там постепенно истончается, давление воды снизу усиливается, и через трещины вода выбрасывается в космос — так формируются наблюдаемые гейзеры.
По расчетам ученых, в океанах Европы и Титана толщина активно перемешивающегося слоя далека от критического значения. Поэтому тепловой поток распределяется равномерно, а ледяная кора остается стабильной.
Исследователи считают, что предложенный гидродинамический механизм помогает объяснить уникальную активность Энцелада и может быть полезен при планировании будущих космических миссий к ледяным спутникам Юпитера и Сатурна.
Ранее была найдена самая древняя из когда-либо составленных карт ночного неба.
