Các Thế giới Đại dương và Vệ tinh Băng giá

Các mặt trăng có đại dương nước lỏng toàn cầu ẩn dưới lớp vỏ băng, nằm trong số những nơi hứa hẹn nhất để tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.

Definition

Các thế giới đại dương là các mặt trăng băng giá và các thiên thể khác duy trì một lớp nước lỏng bên dưới bề mặt đóng băng của chúng, được duy trì bởi sự gia nhiệt bên trong hoặc do thủy triều.

Scope

Chủ đề này bao gồm các vệ tinh băng giá có hoặc có thể có các đại dương nước lỏng dưới bề mặt, bao gồm Europa, Ganymede, Callisto, Enceladus và Titan, cùng với các thế giới đại dương tiềm năng khác. Nó đề cập đến bằng chứng về các đại dương này từ trường từ cảm ứng, trọng lực và địa hình, sự dao động tự quay (librations), và các cột phun trào; vai trò của sự gia nhiệt thủy triều và các chất chống đông trong việc giữ nước ở dạng lỏng; địa chất vỏ băng; và tiềm năng sinh học vũ trụ của các đại dương tiếp xúc với đá.

Core questions

• Làm thế nào các mặt trăng băng giá giữ được các đại dương nước lỏng bên dưới lớp vỏ đóng băng của chúng?
• Những bằng chứng nào cho thấy một đại dương ẩn bên trong một mặt trăng?
• Những đại dương này có tiếp xúc với đá không, cung cấp hóa chất có thể hỗ trợ sự sống?
• Các lớp vỏ băng bên trên dày và năng động đến mức nào?

Key theories

Các đại dương dưới bề mặt được gia nhiệt bằng thủy triều

Sự uốn cong hấp dẫn định kỳ của các mặt trăng trong quỹ đạo lệch tâm làm tiêu tán nhiệt, cùng với các chất chống đông, có thể giữ một đại dương nước lỏng toàn cầu bên dưới lớp vỏ băng cách nhiệt.

Phát hiện đại dương bằng trường từ cảm ứng

Một đại dương mặn, dẫn điện phản ứng với môi trường từ trường thay đổi của mặt trăng bằng cách tạo ra một trường cảm ứng, mà các từ kế của tàu vũ trụ đã phát hiện tại Europa và Callisto.

Các cột phun trào hoạt động từ một hồ chứa dưới bề mặt

Các luồng hơi nước và hạt băng phun trào từ cực nam của Enceladus lấy mẫu trực tiếp một hồ chứa chất lỏng dưới bề mặt, cho thấy sự hiện diện của muối và chất hữu cơ.

Mechanisms

Sự uốn cong do thủy triều và nhiệt phóng xạ còn sót lại làm ấm bên trong các mặt trăng băng giá, trong khi muối hòa tan và amoniac làm giảm điểm đóng băng, duy trì nước lỏng dưới lớp vỏ băng cách nhiệt. Các đại dương tự bộc lộ thông qua trường từ cảm ứng, trọng lực và sự dao động tự quay bất thường, kiến tạo bề mặt, và, ở Enceladus, các cột phun trào mang vật chất bên trong ra không gian.

Clinical relevance

Các đại dương dưới bề mặt tiếp xúc với lòng đá cung cấp nước lỏng, năng lượng hóa học và các phân tử hữu cơ, biến các mặt trăng băng giá thành những mục tiêu hàng đầu trong việc tìm kiếm môi trường sống và sự sống ngoài Trái Đất.

History

Voyager đã gợi ý về các mặt trăng trẻ, có bề mặt băng được tái tạo, và từ kế của nhiệm vụ Galileo đã cung cấp bằng chứng mạnh mẽ về các đại dương bên trong Europa và Callisto vào cuối những năm 1990. Phát hiện năm 2005 của Cassini về các cột phun trào hoạt động tại Enceladus và nghiên cứu của nó về chu trình mêtan và đại dương dưới bề mặt của Titan đã biến các thế giới đại dương thành một chủ đề trung tâm, thúc đẩy các nhiệm vụ chuyên biệt như Europa Clipper.

Debates

Khả năng sống và độ dày vỏ băng của Europa

Độ dày của vỏ băng Europa và mức độ dễ dàng trao đổi vật chất giữa đại dương của nó với bề mặt, cả hai đều rất quan trọng đối với khả năng sống và khám phá, vẫn còn chưa chắc chắn.

Key figures

• Margaret Kivelson
• Carolyn Porco
• Francis Nimmo
• Robert Pappalardo

Seminal works

• khurana1998
• porco2006
• nimmopappalardo2016

Frequently asked questions

Những mặt trăng nào được cho là có đại dương?

Các trường hợp mạnh mẽ tồn tại đối với Europa, Ganymede và Callisto tại Sao Mộc, và Enceladus và Titan tại Sao Thổ, cùng với một số thiên thể băng giá khác là những ứng cử viên tiếp theo.

Làm thế nào một mặt trăng có thể có nước lỏng xa Mặt Trời đến vậy?

Nhiệt từ sự uốn cong do thủy triều và từ sự phân rã phóng xạ, kết hợp với muối làm giảm điểm đóng băng của nước, có thể giữ một đại dương ở dạng lỏng bên dưới lớp vỏ băng cách nhiệt ngay cả trong Hệ Mặt Trời lạnh giá bên ngoài.