Космический аппарат НАСА «Кассини» заснял Европу, расположенную перед Юпитером. Морфология океана Европы с преобладанием вращения может привести к циркуляции, напоминающей знаменитые красные и белые полосы Юпитера. Предоставлено: НАСА/JPL/SSI

Обнаружение того, что многие из больших спутников во внешней Солнечной системе могут содержать значительные подземные океаны жидкой воды, стало ключевым достижением в планетарной науке. Эти спутники представляют собой одни из самых многообещающих мест обитания для жизни за пределами Земли, но их скрытая природа затрудняет прямое изучение.

Эти океаны имеют глубину в десятки и даже сотни километров и ограничены сверху толстой ледяной оболочкой, а снизу — источником геотермального нагрева. Ключевым элементом для понимания их природы является определение закономерностей циркуляции океана, потому что именно океан переносит тепло, соль и потенциальные биосигнатуры на поверхность, где они могут быть обнаружены будущими космическими миссиями.

Хотя некоторые предыдущие исследования моделировали динамику подповерхностных океанов, эти расчеты основывались на параметрах, которые плохо ограничиваются наблюдениями. В новом исследовании, опубликованном в Журнале геофизических исследований: Планеты, Бире и др. применили новый подход, представив свои симуляции с точки зрения безразмерного числа — натурального числа Россби, которое представляет собой отношение потока плавучести, скорости вращения Луны и глубина океана, для которой существуют ограничения наблюдения.

Авторы представляют серию симуляций, которые исследуют широкий диапазон параметров глубины океана, скорости вращения Луны и движущего теплового потока. В режиме малого числа Россби, который, вероятно, подходит для ледяных лун , смоделированная скорость вращения луны оказывает сильное влияние на динамику подповерхностного океана. Это противоречит принятой в настоящее время модели.

В соответствии с аргументами, основанными на хорошо изученной динамике вращающейся жидкости в сферической оболочке, циркуляция океана делится на две области. В более высоких широтах конвективные шлейфы простираются вверх параллельно оси вращения Луны снизу вверх. Но на более низких широтах вода перемещается вокруг Луны в продольном направлении и менее сильно взаимодействует со дном океана. Эта схема потока, вероятно, снижает эффективность переноса геотермального тепла из глубин Луны через океан на поверхность. Следовательно, экваториальные регионы менее эффективны в переносе тепла, чем полярные регионы, что имеет важные последствия для толщины ледяного панциря на поверхности.

По мнению авторов, турбулентность, созданная глобальным конвективным процессом, вероятно, привела к созданию полос чередующихся океанских течений, подобно механизму, который генерирует красочные зоны и пояса в атмосфере Юпитера. На самом деле, общая схема циркуляции, обнаруженная в океанах этих спутников внешней Солнечной системы, может иметь поразительное сходство с моделью юпитерианского родителя.