Subglacjalnych ocean lub subglacjalnych ocean jest ocean znajduje się pod grubą warstwą lodu i którego istnienie jest mocno podejrzanej w wewnętrznej strukturze kilku ciał niebieskich w Układzie Słonecznym , w tym naturalnych satelitów Jowisza , takich jak Europy i Ganimedesa . Mówi się, że oceany subglacjalne są formą wody w stanie ciekłym we Wszechświecie . Ich powstanie wynikałoby z połączenia dwóch czynników: z jednej strony źródła ciepła w jądrze i płaszczu ciała niebieskiego (wynikającego z rozpadów radioaktywnych lub ogrzewania przez efekt pływu ), z drugiej zaś `` górna warstwa litego lodu wystarczająco gruba, aby wytworzyć wysokie ciśnienie i stanowi izolator termiczny między temperaturą zewnętrzną satelity (na przykład bardzo niską, rzędu 100 K dla Europy) a punktem, w którym temperatura może osiągnąć punkt upłynnienia wody.
Istnienie subglacial oceanu podejrzewa pod powierzchnią wielu ciał niebieskich w Układzie Słonecznym : planety karłowate ( Ceres i Pluton ) oraz naturalnych satelitów z planet ( Europa , Ganimedes i Kallisto dla Jupiter , Mimas , Titan , Dione i Enceladus. dla Saturna i Tryton dla Neptuna ).
Źródła ciepła wewnątrz ciała niebieskiego u źródła potencjalnego oceanu subglacjalnego są następujące:
Ciało niebieskie zawierające ocean subglacjalny można schematycznie opisać jako takie:
W zależności od modelu różne fazy lodu wodnego powodują pojawienie się kilku kolejnych warstw lodu i wody, w zależności od osiąganych temperatur i ciśnień; w rezultacie możliwe jest, że w ciele niebieskim rozciąga się kilka oddzielnych oceanów lub że warstwy lodu izolują ten ocean od płaszcza.
Ponieważ te subglacjalne oceany są w zasadzie trudne do zaobserwowania, kilka pośrednich środków pozwala nam podejrzewać ich istnienie:
Większość badań naukowych polega na opracowaniu modeli wewnętrznej budowy ciała niebieskiego i porównaniu ich z tymi wynikami obserwacji. Kiedy najlepszy model uwzględnia istnienie oceanu pod pokrywą lodową i daje najprostsze wyjaśnienie, wówczas bardzo mocno podejrzewa się istnienie tego oceanu.
Jednak do chwili obecnej nie ma bezpośrednich dowodów na istnienie tych oceanów (2017); taki dowód wymagałby prawdopodobnie użycia sondy, zdolnej do wkopania się w górną warstwę lodu i która byłaby w stanie potwierdzić istnienie warstwy wody w stanie ciekłym.
Promień Europy wynosi 1562 km , jej masa 4,8 × 10 22 kg, a jej średnia gęstość 3,01 g / cm 3 . Jego promień orbity wokół Jowisza wynosi około 670 900 km ; Europa znajduje się w synchronicznej rotacji wokół Jowisza. Okres orbitalny Europy jest w rezonansie orbitalnym z orbitą Io i Ganimedesa w stosunkach odpowiednio 2: 1 i 1: 2.
Zmienność pola magnetycznego , pozorny rozdzielenie powierzchni lodu z całej satelity oznaczone Odchylenie lineae względem Jupiter-Europe osi) prowadzą do hipotezy, że zgodnie z lodem znajduje się ciągły oceanu soli wody (przewodnikiem elektryczności), którego upwelling prowadziłaby po odparowaniu, do złoża soli obserwowanymi wzdłuż lineae .
Najbardziej spektakularnym przykładem są regiony chaosu , struktura dość powszechna w Europie, którą można zinterpretować jako regiony, w których ocean subglacjalny przetopił się przez lodową skorupę. Ta interpretacja jest bardzo kontrowersyjna. Większość geologów, którzy badali Europę, opowiada się za tak zwanym modelem „grubego lodu”, w którym ocean nigdy lub co najmniej rzadko oddziałuje bezpośrednio z powierzchnią.
Plik 26 września 2016 rNASA ujawnia kilka obserwacji wykonanych przy użyciu Hubble'a, potwierdzających hipotezę, że emisje pióropuszy wodnych (w postaci pary) występują na powierzchni Europy. Jeśli te obserwacje się sprawdzą, wtedy takie pióropusze umożliwią zbadanie subglacjalnego oceanu księżyca bez wiercenia w górnej pokrywie lodowej.
Różne modele szacowania grubości lodu podają wartości od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Według Kuskova 2005 pod warstwą lodu o grubości od 80 do 150 km, stanowiącej od 6,2 do 9,2% masy Europy, mógłby istnieć słony ocean, którego głębokość wynosiłaby od 105 do 145 km w zależności od stopnia zróżnicowania płaszcza. .
Średnie temperatury na powierzchni Europy wahają się od około 110 K ( -160 ° C ) na równiku do zaledwie 50 K ( -220 ° C ) w kierunku biegunów, przez co skorupa Europy jest zbyt twarda jak granit.
Najlepszą wskazówką do modelu grubego lodu jest badanie dużych kraterów: większe struktury uderzeniowe są otoczone koncentrycznymi pierścieniami i wydają się być wypełnione stosunkowo płaskim świeżym lodem. Na podstawie tych danych i pływów możemy oszacować grubość pokrywy lodowej na 10 - 30 kilometrów, co obejmuje pewną grubość mniej zimnego i bardziej plastycznego lodu, co doprowadziłoby do grubości lodu. Ciekły ocean poniżej około 150 kilometrów. Prowadzi to do objętości oceanów w Europie 3 × 10 18 m 3 , czyli dwa razy większej niż na lądzie. W modelu cienkiego lodu lód miałby tylko kilka kilometrów grubości. Jednak większość planetologów dochodzi do wniosku, że model ten uwzględnia tylko górne warstwy skorupy Europy, które zachowują się elastycznie pod wpływem pływów.
Przykładem jest analiza zginania, w której skorupa jest modelowana jako płaszczyzna lub kula obciążona i zgięta pod ciężarem. Ten rodzaj modelu sugeruje, że zewnętrzna elastyczna część skorupy miałaby tylko 200 m . Gdyby pokrywa lodowa Europy miała tylko kilka kilometrów, oznaczałoby to, że przez otwarte lineae miałyby miejsce regularne kontakty między wnętrzem a powierzchnią , co spowodowałoby powstawanie chaotycznych regionów.
Ogrzewanie przez rozpad radioaktywny, który ma być podobny do tego na Ziemi (w watach na kilogram skały), nie może zapewnić niezbędnego ocieplenia w Europie, ponieważ objętość na jednostkę powierzchni jest znacznie niższa ze względu na mniejszy rozmiar księżyca, co sprawia, że energia rozprasza się szybciej.
Pierwsze oznaki istnienia podziemnego oceanu pochodzą z teorii dotyczących systemu ogrzewania pływowego (jest to konsekwencja nieco ekscentrycznej orbity Europy i notabene rezonansu orbitalnego z innymi satelitami Galileusza). Energia cieplna dostarczana do utrzymania tej cieczy oceanicznej pochodziłaby z pływów ze względu na mimośrodowość orbity, służąc również jako silnik geologicznej aktywności lodu na powierzchni.
Melosh i in. 2004 podają, że strumień geotermalny na powierzchni szacowany jest na wartość rzędu 50 mW / m 2 , którego część pochodzi z ugięcia pod wpływem przypływów powierzchniowej pokrywy lodowej; skaliste jądro Europy wytworzyłoby strumień geotermalny o wartości 8 mW / m 2 na podstawie samego ciepła radiogenicznego, który mógłby zostać podwojony w przypadku ocieplenia pływów również w głębi satelity.
Pod koniec 2008 roku zasugerowano, że Jowisz może utrzymywać ciepło oceanów przez fale pływowe ze względu na nachylenie, co prawda słabe, ale nie zerowe, od płaszczyzny równika do płaszczyzny orbity. Ten rodzaj pływu, którego wcześniej nie rozważano, generuje fale Rossby'ego , których prędkość jest niewielka, kilka kilometrów dziennie, ale które mogą zawierać znaczną energię kinetyczną. W przypadku aktualnego oszacowania nachylenia osiowego rzędu 1 ° rezonanse fal Rossby'ego mogą przechowywać 7,3 × 10 18 J energii kinetycznej, czyli 200-krotność wielkości dominującego przepływu pływowego.
Rozpraszanie tej energii mogłoby być głównym źródłem energii cieplnej w oceanie. Pozostałoby określić równowagę energii między formowaniem się fali a rozpraszaniem w postaci termicznej.
Wzrost ciśnienia wraz z głębokością w Europie jest rzędu 1,3 MPa / km . Prowadzi to na dnie oceanu, który miałby mieć grubość 100 km pod warstwą lodu o grubości 15 km , do ciśnienia około 150 MPa ; wartość tę można porównać z wartością dna rowu Mariana na Ziemi , rzędu 110 MPa dla głębokości 11,034 km .
Można sformułować dwie hipotezy dotyczące profilu temperaturowego tego oceanu. Z jednej strony temperatura mogłaby być równa temperaturze zamarzania wody na jej granicy z warstwą lodu lub z drugiej strony mogłaby być równa nieco wyższej temperaturze odpowiadającej maksymalnej gęstości wody. Melosh i in. 2004 przedstawili demonstrację pozwalającą odpowiedzieć na dwie hipotezy poprzez ocenę modelu oceanu konwekcyjnego i prawie izotermicznego (gradient rzędu 0,011 K / MPa ), oddzielonego od warstwy lodu cienką warstwą stabilną i uwarstwioną woda (przez autorów nazywana stratosferą) o grubości około 200 m , której temperatura odpowiada temperaturze zamarzania; w tym modelu profil temperaturowy wyglądałby następująco:
Promień Ganimedesa wynosi 2634 km , jego masa to 1,48 × 10 23 kg, a jego średnia gęstość to 1,95 g / cm 3 . Jego promień orbity wokół Jowisza wynosi około 1 070 000 km ; Ganimedes obraca się synchronicznie wokół Jowisza. Okres orbitalny Ganimedesa jest w rezonansie orbitalnym z okresem Io i Europy w stosunkach odpowiednio 4: 1 i 2: 1.
W latach siedemdziesiątych naukowcy z NASA podejrzewali istnienie grubego oceanu między dwiema warstwami lodu, jedną u góry, a drugą u dołu. W latach 90. sonda Galileo NASA przeleciała nad Ganimedesem i potwierdziła istnienie księżycowego oceanu.
Badanie opublikowane w 2014 roku, uwzględniające realistyczną termodynamikę wody i wpływ soli, sugeruje, że Ganimedes może mieć kilka warstw oceanów oddzielonych różnymi fazami lodu . Najniższa warstwa cieczy znajdowała się tuż obok płaszcza skalnego. Kontakt między skałą a wodą może być ważnym czynnikiem w powstawaniu życia . W badaniu wspomniano również, że ze względu na ekstremalne głębokości (około 800 km do skalistego „dna morskiego”), temperatury na dnie oceanu konwekcyjnego (adiabatycznego) mogą wzrosnąć nawet o 40 K powyżej granicy między lodem a wodą.
W marzec 2015, naukowcy donoszą, że pomiary wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a dowiodły obecności subglacjalnego oceanu na Ganimedesie, badając sposób, w jaki jego zorze poruszają się na powierzchni. Duży ocean słonej wody zawierający więcej wody niż wszystkie oceany na Ziemi razem wzięte wpływa na pole magnetyczne Ganimedesa, a tym samym na jego zorze.
Ocean Ganimedesa był przedmiotem spekulacji na temat jego potencjalnego zamieszkania .
W Vance i in. 2014, średni rozważany strumień geotermalny mieści się w przedziale 4 - 44 mW / m 2 .
Kallisto promień wynosi 2,410 kilometr , jego masa wynosi 1,076 x 10 23 kg , a jego gęstość wynosi 1,83 g / cm 3 . Jego promień orbity wokół Jowisza wynosi około 1883 000 km ; Callisto obraca się synchronicznie wokół Jowisza. Nie jest w rezonansie orbitalnym, jak inne satelity Galileusza, Io , Europa i Ganimedes .
Kilka elementów pozwala podejrzewać, że będzie istniał ocean subglacjalny. Przede wszystkim z punktu widzenia obserwacji zaobserwowano podczas pomiarów sondą Galileo, że Callisto reaguje na zmienne pole magnetyczne Jowisza w sposób zbliżony do ciała doskonale przewodzącego ; wynik ten sugeruje, że istnieje warstwa silnie przewodzącego płynu o grubości co najmniej 10 km i położona na głębokości mniejszej niż 300 km, a najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie leży w obecności oceanu subglacjalnego.
Ponadto modelowanie Kuskova 2005 wskazuje, że między skorupą lodową I o grubości od 135 do 150 km (i maksymalnie 270 do 315 km ) a płaszczem lodowym może istnieć ocean subglacjalny o grubości od 120 do 180 km . miąższość poniżej 1400 km i zagęszczenie w przedziale 1960 - 2500 kg / m 3 ; według tego modelu rdzeń miałby postać mieszaniny skał i żelaza o promieniu nieprzekraczającym 500 do 700 km . Jednak według Kuskova 2005 ocean ten byłby stabilny przy strumieniu ciepła w zakresie od 3,3 do 3,7 mW / m 2 , co odpowiadałoby temu wytwarzanemu przez źródła radiogeniczne.