Παλιρροιακή διασπορά και η ιστορία των παγωμένων φεγγαριών
Οι παγωμένοι δορυφόροι του εξωτερικού ηλιακού συστήματος δημιουργούν πολυάριθμα παζλ, ένα από τα οποία μερικές φορές αναφέρεται ως το παράδοξο Mimas-Enceladus (π.χ., Czechowski &Witek 2015). Αυτό είναι το ερώτημα γιατί ορισμένα παγωμένα σώματα (π.χ. Μίμας, Ρέα, Καλλιστώ) έχουν μείνει κρύα, ενώ αρκετά άλλα (Εγκέλαδος, Ιαπετός, Ευρώπη, Γανυμήδης) έχουν υποστεί έντονη επεξεργασία. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση του Εγκέλαδου, του έκτου μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου. Καλυμμένο κυρίως με φρέσκο πάγο και με αξιοσημείωτο κλάσμα βράχου και μετάλλου στο βάθος του, αυτό το φεγγάρι είναι περισσότερο γνωστό για τους ατμούς που προέρχονται τακτικά από τις λεγόμενες ρίγες τίγρης, σχεδόν παράλληλες γραμμικές κοιλότητες στη ζώνη του νότιου πόλου του Εγκελαδείου.
Αυτό θέτει δύο ερωτήματα. Ένα, συγκεκριμένα, είναι εάν η παλιρροιακή θέρμανση στον Εγκέλαδο είναι επαρκής για να διατηρήσει την παρατηρούμενη κρυοηφαιστειακή δραστηριότητα. Ένα άλλο ερώτημα είναι πιο γενικό:ποιες συνθήκες διέκοψαν τις γεωλογικές ιστορίες των σωμάτων που συσσωρεύονταν σε παρόμοιες συνθήκες;
Η απάντηση στην πρώτη ερώτηση μπορεί να ληφθεί σχετικά εύκολα μέσω μιας εκτίμησης στο πίσω μέρος του φακέλου. Η ανάλυση των δεδομένων από το διαστημόπλοιο Cassini της NASA έδειξε ότι η εξερχόμενη ροή ενέργειας λόγω των λοφίων ατμών στον Εγκέλαδο είναι περίπου 10 GW (Kamata &Nimmo 2017). Έχει επίσης αποδειχθεί από τους Chen et al. (2014, Πίνακας 3) ότι ο ρυθμός διασποράς που σχετίζεται με τον παγκόσμιο υπόγειο ωκεανό του Enceladean είναι πολύ μικρότερος από τη συνολική θερμότητα που εκπέμπεται από αυτόν τον δορυφόρο.
Επομένως, εάν υποθέσουμε ότι η ισχύς των θερμοπίδακες (10 GW) είναι περίπου ίση με τη συνολική θερμότητα που διαχέεται στον Εγκέλαδο από τις παλίρροιες που δημιουργούνται από τον Κρόνο, τότε θα είναι θεμιτό, για λόγους εκτίμησης, να παραμεληθεί η παρουσία του ωκεανό και για να προσεγγίσουμε την παλιρροϊκά παραγόμενη θερμότητα με μια απλή έκφραση για τον ρυθμό παλιρροιακής θέρμανσης σε μια ομοιογενή παγωμένη μπάλα που διαταράσσεται παλιρροιακά από τον πλανήτη-ξενιστή. Δεδομένου ότι αυτή η έκφραση περιέχει ιξώδες, η εν λόγω προσέγγιση πρέπει να δώσει μια εκτίμηση για το μέσο ιξώδες του παγωμένου μανδύα του Εγκέλαδου.
Αυτή η εργασία πραγματοποιήθηκε στο Efroimsky (2018a) και η ληφθείσα τιμή του μέσου ιξώδους (0,24 × 10 Pa s) αποδείχθηκε ότι ήταν αξιοσημείωτα κοντά στο ιξώδες του πάγου κοντά στο σημείο τήξης. Αυτό επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι οι παλίρροιες που δημιουργούνται στον Εγκέλαδο από τον Κρόνο είναι επαρκείς για να διατηρήσουν τη δραστηριότητα του λοφίου σε αυτό το φεγγάρι. Δεν χρειάζονται πρόσθετες πηγές θερμότητας. Θα πρέπει να είμαστε άνετοι με αυτό το εύρημα επειδή τα ραδιενεργά συστατικά του πετρώματος και του μεταλλικού κλάσματος του Εγκέλαδου αναμένεται να έχουν αποσυντεθεί εδώ και καιρό.
Δυστυχώς, αυτή η εκτίμηση δεν δίνει αυτόματα απάντηση στο δεύτερο ερώτημα. Ο ρυθμός παλιρροιακής απόσβεσης είναι αντιστρόφως ανάλογος με το ιξώδες, ενώ το ιξώδες αυξάνεται περίπου εκθετικά με τη μείωση της θερμοκρασίας. Με αυτόν τον τρόπο, σε πολύ χαμηλή αρχική θερμοκρασία, ο ρυθμός παραγωγής παλιρροϊκής θερμότητας αναμένεται να είναι πολύ χαμηλός για να ζεσταθεί αισθητά το σώμα.
Θα μπορούσε η ραδιενέργεια να βοηθήσει; Για να υπολογίσουμε σε αυτήν την πηγή θερμότητας, πρέπει να υποθέσουμε ότι τα φεγγάρια, τα οποία έχουν υποστεί μια καλή γεωλογική ιστορία, συσσωρεύτηκαν ταυτόχρονα με τον πλανήτη, περίπου 4,5 Gyr πριν. Πιο συγκεκριμένα, η συσσώρευσή τους θα έπρεπε να είχε συμβεί όταν υπήρχε ακόμη μια επαρκής ποσότητα ραδιενεργού υλικού (Schubert et al. 2007). Ενώ κατά τη διάρκεια της πρόσφυσής τους τα φεγγάρια μπορεί να είχαν σαρώσει μεγάλο αριθμό εγκλεισμάτων πλούσιων σε ασβέστιο (CAI's), θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το ραδιενεργό ισότοπο 26Al που περιέχονταν αρχικά σε αυτά τα εγκλείσματα ήταν βραχύβια (το μισό του η ζωή είναι μόνο 0,7 Myr).
Αυτό το σενάριο θα συνεπαγόταν στη συνέχεια κάποιο βαθμό τελειοποίησης. Ή, πιο σωστά, σωστό timing — που αποτελεί επιχείρημα κατά του αφελούς σεναρίου. Το πιο σημαντικό είναι ότι τα πρόσφατα αναπτυγμένα μοντέλα σχηματισμού του Εγκέλαδου (Charnoz et al. 2011, Salmon &Canup 2017, Asphaug &Reufer 2013) συνηγορούν για πολύ μεταγενέστερο χρόνο γέννησής του, μια εποχή που κανένα από τα ραδιοϊσότοπα δεν υπήρχε. P>
Τότε ποιος μηχανισμός μπορεί να θερμάνει ένα παγωμένο σώμα από την αρχικά ψυχρή του κατάσταση; Και γιατί αυτός ο μηχανισμός ήταν τόσο αποτελεσματικός στον Εγκέλαδο (και, ενδεχομένως, σε κάποια άλλα φεγγάρια), αλλά δεν κατάφερε να λειτουργήσει σε αντικείμενα όπως ο Μίμας; Ποιοι παράγοντες ή περιστασιακά γεγονότα θα μπορούσαν να ευθύνονται για τη διάκριση;
Ελλείψει ραδιενέργειας, η παλιρροιακή διάχυση παραμένει η μόνη ρεαλιστική πηγή θερμότητας που θα μπορούσε να έχει μερικώς λιώσει το εσωτερικό του Εγκέλαδου και να έχει ξεκινήσει τις γεωλογικές διεργασίες σε αυτό. Αλλά τότε, όπως αναφέραμε παραπάνω, το πρόβλημα με αυτήν την επιλογή είναι ότι ένας ψυχρός εκκολαπτόμενος Εγκέλαδος είχε ιξώδες πολύ υψηλότερο από σήμερα, επομένως ο ρυθμός παλιρροιακής απόσβεσης θα έπρεπε, φαινομενικά, να είναι πολύ χαμηλότερος από τώρα. Θα μπορούσε να έχει προκύψει μια πρόσθετη περίσταση ικανή να ενισχύσει την ένταση της παλιρροιακής διάχυσης;
Μια πιθανότητα, που υποτέθηκε για πρώτη φορά στους Makarov &Efroimsky (2014) και στη συνέχεια διερευνήθηκε λεπτομερώς στο Efroimsky (2018b), είναι ότι η απομάκρυνση στο γεωγραφικό μήκος μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να έχει προκαλέσει μια αξιοσημείωτη αύξηση της παλιρροιακής θέρμανσης. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε στην τελευταία εργασία ότι, ανεξάρτητα από τη ρεολογία, η εξαναγκασμένη απομάκρυνση στο γεωγραφικό μήκος είναι υπεύθυνη για το 52% της παλιρροιακά διαλυμένης ισχύος στον Φόβο, το 33% στον Μίμα, το 23% στον Εγκέλαδο και το 96% στον Επιμηθέα. /P>
Η είσοδος που δημιουργείται από τη δέσμευση στην παλιρροιακή θέρμανση εξαρτάται από το μέγεθος της εξαναγκασμένης εκτόνωσης — η οποία, με τη σειρά της, εξαρτάται από την τιμή της δυναμικής τριαξονικότητας του φεγγαριού, (B−A)/C, όπου A ≤ B
Αυτό το σενάριο μπορεί να είναι χρήσιμο για να εξηγήσει γιατί μερικά από τα μεγάλα παγωμένα φεγγάρια του Κρόνου (Εγκέλαδος, Ιαπετός) ζεστάθηκαν στο παρελθόν, ενώ άλλα (Μίμας) παρέμειναν κρύα.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στα άρθρα με τίτλο «Dissipation in a tidally perturbed body librating in longitude» και «Tidal viscosity of Enceladus», που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Icarus. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Michael Efroimsky από το Ναυτικό Παρατηρητήριο των ΗΠΑ.
Αναφορές:
