Возможную равномерность «панциря» Европы объяснили перемешиванием льда

Около полюсов ледяная оболочка Европы получает намного меньше солнечного тепла, чем около экватора. В результате она должна утолщаться, однако перемешивание льда и перенос тепла океаном может выровнять ее толщину. Это следует из модели, построенной учеными из Израиля и США. Статья опубликована в Nature Astronomy.

У спутника Юпитера Европы есть глубокий (порядка ста километров) океан, покрытый толстой ледяной оболочкой. Европа находится сравнительно далеко от Солнца, а потому получает от него не так много тепла, однако ядро спутника разогревается из-за приливных сил, вызываемых Юпитером. Поэтому Европа считается одним из наиболее вероятных мест для обнаружения внеземной жизни. Подробнее почитать об океанах Солнечной Системы, включая ледяные океаны Европы, можно в нашем материале.

Поверхность Европы исследована относительно хорошо, а вот про ее внутреннее устройство известно гораздо меньше. Предполагается, что толщина покрывающего океан льда значительно изменяется с широтой, поскольку полюса спутника получают в четыре раза меньше солнечного тепла, чем области около его экватора. Из-за этого лед должен сползать от приполярных областей в экваториальные. Аналогичные процессы, вероятно, происходили во время глобального оледенения Земли 580 миллионов лет назад, когда вся планета была покрыта почти километровым слоем льда («Земля-снежок»).

В данной статье группа ученых под руководством Йозефа Ашкенази (Yosef Ashkenazy) подробно исследовали ледяную оболочку Европы, смоделировав ее с учетом нескольких факторов. Для начала физики построили примитивную модель оболочки, в которой они не учитывали вертикальное перемешивание льда, а температуру океана полагали постоянной. В этой модели толщина льда значительно росла около полюсов (от нескольких сотен метров до нескольких километров), а температура падала. Наибольший поток льда от полюса к экватору, как и ожидалось, наблюдался в областях, в которых изменение толщины было заметнее всего.

Затем исследователи включили в модель тепловой перенос, который вызывался возникающими в океане вихрями. Способность океана переносить тепло описывалась вихревым коэффициентом κ₀ (eddy coefficient), который мог меняться от 10⁻⁴ до 1. Чем больше увеличивался этот коэффициент, тем менее заметны становились перепады толщины оболочки и потоки льда. Так, при значении κ₀ = 1 толщина оставалась практически постоянной. Перепады температуры были незначительны во всех случаях.

Кроме того, ученые рассмотрели модель, в которой океан не мог переносить тепло от экватора к полюсу, однако лед в оболочке перемешивался. Перемешивание льда описывалось коэффициентом вязкости η₀. В этом случае толщина оболочки тоже практически не менялась с широтой, хотя сама по себе она становилась значительно больше. При этом потоки льда не ослабевали, как в предыдущей модели, и были направлены в противоположную сторону (от экватора к полюсу).

Таким образом, ученые показали, что перемешивание льда и перенос тепла океаном может выровнять ледяную оболочку Европы и ослабить потоки льда от полюса к экватору. Впрочем, узнать, верна ли предложенная авторами модель, можно только с помощью непосредственных измерений на поверхности спутника. К счастью, NASA и ESA планируют в ближайшем будущем запустить на Европу спускаемый модуль, и такая возможность представится.

Дмитрий Трунин