يمكن لأقمار المشتري أن تدفئ بعضها البعض من خلال رنين المد والجزر

أكبر أربعة أقمار لكوكب المشتري بترتيب المسافة من المشتري: Io و Europa و Ganymede و Callisto. الائتمان: NASA / JPL / DLR

دفع الجاذبية والسحب كوكب المشترييمكن أن يكون سبب ارتفاع درجة حرارة أقمار كوكب المشتري أكبر من ارتفاع درجة حرارة كوكب المشتري الغازي العملاق وحده.

أقمار المشتري حارة.

حسنًا ، أكثر سخونة مما ينبغي ، لكونها بعيدة جدًا عن الشمس. في عملية تسمى تسخين المد والجزر ، تتمدد قاطرات الجاذبية من أقمار المشتري والكوكب نفسه وتضغط على الأقمار بما يكفي لتدفئتها. نتيجة لذلك ، تحتوي بعض الأقمار الجليدية على مساحات داخلية دافئة بما يكفي لاستضافة محيطات من الماء السائل ، وفي حالة القمر الصخري Io ، فإن تسخين المد والجزر يذوب الصخور في الصهارة.

اعتقد الباحثون سابقًا أن كوكب المشتري الغازي العملاق كان مسؤولاً عن معظم تسخين المد والجزر المرتبط بالسائل الداخلي للأقمار ، لكن دراسة جديدة نُشرت في رسائل البحوث الجيوفيزيائية وجدت أن التفاعلات بين القمر والقمر قد تكون مسؤولة عن التسخين أكثر من كوكب المشتري وحده.

“إنه أمر مدهش لأن الأقمار أصغر بكثير من كوكب المشتري. قال المؤلف الرئيسي للورقة هاميش هاي ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر الدفع النفاث في باسادينا ، كاليفورنيا ، الذي أجرى البحث عندما كان طالبًا متخرجًا في جامعة كاليفورنيا ، “لا تتوقع أن يكونوا قادرين على خلق مثل هذه الاستجابة المدية الكبيرة”. مختبر الكواكب والقمر بجامعة أريزونا.

يعد فهم كيفية تأثير الأقمار على بعضها البعض أمرًا مهمًا لأنه يمكن أن يلقي الضوء على تطور نظام القمر ككل. كوكب المشتري لديه ما يقرب من 80 قمرا ، وأكبر أربعة منها هي Io و Europa و Ganymede و Callisto.

قال المؤلف المشارك أنتوني ترينه: “تتطلب المحافظة على المحيطات الجوفية ضد التجمد على مدى الأزمنة الجيولوجية توازنًا دقيقًا بين التسخين الداخلي وفقدان الحرارة ، ومع ذلك لدينا العديد من الأدلة على أن يوروبا وجانيميد وكاليستو والأقمار الأخرى يجب أن تكون عوالم محيطية”. زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في مختبر القمر والكواكب. “آيو ، القمر الجاليلي الأقرب إلى المشتري ، يُظهر نشاطًا بركانيًا واسع النطاق ، نتيجة أخرى لارتفاع المد والجزر ، ولكن بكثافة أعلى على الأرجح تعرضت لها الكواكب الأرضية الأخرى ، مثل الأرض ، في تاريخها المبكر. في النهاية ، نريد أن نفهم مصدر كل هذه الحرارة ، سواء لتأثيرها على التطور وإمكانية السكن في العديد من العوالم عبر النظام الشمسي وما بعده “.

صدى المد والجزر

الحيلة لتسخين المد والجزر هي ظاهرة تسمى صدى المد والجزر.

قال هاي: “الرنين يخلق أحمالًا أكثر تسخينًا”. “بشكل أساسي ، إذا دفعت أي شيء أو نظام وتركته ، فسوف يتأرجح بتردده الطبيعي. إذا واصلت دفع النظام بالتردد الصحيح ، فإن هذه التذبذبات تصبح أكبر وأكبر ، تمامًا كما يحدث عندما تدفع الأرجوحة. إذا دفعت التأرجح في الوقت المناسب ، فإنه يرتفع إلى أعلى ، لكن التوقيت خاطئ وستضعف حركة التأرجح “.

يعتمد التردد الطبيعي لكل قمر على عمق محيطه.

قال هاي: “كانت رنين المد والجزر هذه معروفة قبل هذا العمل ، ولكنها معروفة فقط بالمد والجزر بسبب كوكب المشتري ، والتي يمكن أن تخلق تأثير الرنين هذا فقط إذا كان المحيط رقيقًا حقًا (أقل من 300 متر أو أقل من 1000 قدم) ، وهو أمر غير مرجح”. . “عندما تعمل قوى المد والجزر على محيط عالمي ، فإنها تخلق موجة مدية على السطح تنتهي بالانتشار حول خط الاستواء بتردد أو فترة معينة.”

وفقًا لنموذج الباحثين ، لا يمكن لتأثير كوكب المشتري وحده إنشاء المد والجزر بالتردد المناسب لتتردد صداها مع الأقمار لأن محيطات الأقمار يُعتقد أنها سميكة جدًا. فقط عندما أضاف الباحثون تأثير الجاذبية للأقمار الأخرى ، بدأوا في رؤية قوى المد والجزر تقترب من الترددات الطبيعية للأقمار.

عندما تتطابق المد والجزر الناتجة عن كائنات أخرى في نظام قمر المشتري مع تردد الرنين الخاص بكل قمر ، يبدأ القمر في تجربة تسخين أكثر من ذلك بسبب المد والجزر التي أثارها المشتري وحده ، وفي الحالات القصوى ، قد يؤدي ذلك إلى ذوبان الجليد أو صخرة داخليا.

لكي تتعرض الأقمار لرنين المد والجزر ، يجب أن تكون محيطاتها من عشرات إلى مئات الكيلومترات – على الأكثر بضع مئات من الأميال – وهي في نطاق تقديرات العلماء الحالية. ومع ذلك ، هناك بعض المحاذير لنتائج الباحثين.

قال هاي إن نموذجهم يفترض أن رنين المد والجزر لا يتطرف أبدًا. يريد هو وفريقه العودة إلى هذا المتغير في النموذج ومعرفة ما سيحدث عندما يرفعون هذا القيد.

يأمل هاي أيضًا أن تكون الدراسات المستقبلية قادرة على استنتاج العمق الحقيقي للمحيطات داخل هذه الأقمار.

المرجع: “تزويد الأقمار الصناعية في الجليل بالمد والقمر-القمر” بقلم هاميش سي إف سي هاي ، أنتوني ترينه وإيسامو ماتسوياما ، 19 يوليو 2020 ، رسائل البحوث الجيوفيزيائية.
دوى: 10.1029 / 2020GL088317

تم تمويل هذه الدراسة من قبل ناسابرنامج العوالم الصالحة للسكن.