Nova međunarodna studija, zasnovana na modelima termalne evolucije i atmosferskog bekstva, ukazuje da su ključne razlike između Io‑a i Europe postojale već pri njihovom formiranju. Autori zaključuju da je Io najverovatnije akrecirao iz pretežno anhidrovih silikata, dok je Europa formirana iz ledenih, vodom bogatih blokova. Kasniji procesi poput plimskog grejanja i sputteringa nisu dovoljni da u većini scenarija uklone primordijalne zalihe vode.
Zašto je Io suv, a Europa mokra? Nova studija otkriva poreklo razlika
A new model suggests Io formed dry and Europa formed water-rich, with the contrast set during their birth around Jupiter. (CREDIT: NASA)
Mesec može da se nalazi tik pored drugog i da liči na potpuno drugi svet. Ovaj kontrast je naročito očigledan kod dva Galilejska meseca: Io deluje spaljeno i skoro bez vode, dok Europa nosi debeli ledeni omotač pod kojim bi mogao da se krije globalni okean.
Šta nova studija tvrdi
Međunarodni tim istraživača, predvođen stručnjacima sa Aix‑Marseille University i Southwest Research Institute, koristi kompleksne modele kako bi pokazao da se razlika između Io‑a i Europe verovatno pojavila već pri njihovom formiranju. Umesto da su oba meseca nastala vlažna pa je Io kasnije osušio, rad ukazuje da su njihove početne sastave bile različite: Io je rođen relativno suv, a Europa iz ledenih, vodenih blokova.
A new international study co-led by Aix-Marseille University and Southwest Research Institute (SwRI) reveals that the striking contrast in the water contents of Jupiter’s Galilean moons was established at birth, as they formed around the gas giant. Within Jupiter’s circumplanetary disk, hydrated materials forming Europa remained water-rich, while the same materials dried up when crossing the dehydration line before reaching Io, producing an intrinsically arid moon. (CREDIT: SwRI)
Model i ključne pretpostavke
Autori su u svoje simulacije ugradili dve povezane fizikalne komponente: unutrašnju termalnu evoluciju (izvori toplote kao što su akreciono grejanje, radioaktivni raspad, plimsko disipiranje i Jupiterovo zračenje) i mehanizme gubitka hlapljivih materija sa površine (hidrodinamičko bekstvo atmosfere i sputtering od magnetosferske plazme).
Umesto da pretpostave da je sva početna voda bila u obliku površinskog leda, tim je razmatrao ulazak vode kroz hidratizovane minerale (stene koje sadrže vodu vezanu u svojoj kristalnoj strukturi). Kako bi pokrili različite scenarije formiranja, testirali su dve krajnosti akrecije: pebble akreciju (sitne čestice) i rastsr kroz kilometarska tela (tzv. satellitesimale), koja deponuju više toplote dublje u telu.
Simulation of an Io-like protosatellite. Left: evolution of the internal temperature profile. Top right: evolution of radius (red), mass loss M l (yellow) hydrosphere mass Mh (blue), and fluid masses released from hydrous minerals. Bottom right: evolution of density (red), surface temperature (black), and disk temperature (dotted). Blue dashed lines and labels A, B, and C mark the successive model phases. (CREDIT: The Astrophysical Journal)
„Io i Europa su susedi koji kruže oko Jupitera, a deluju kao da pripadaju potpuno različitim porodicama,“ rekao je dr Olivier Mousis iz SwRI. „Naše modeliranje pokazuje da taj kontrast nije nastao kasnije — bio je prisutan već pri rođenju.“
Glavni rezultati
Modeli pokazuju da kada telo razvije uspostavljenu hidrosferu (slobodnu vodu koja može formirati površinski okean) i zatim se ohladi do zamrzavanja, kasnije uklanjanje preostale vode postaje izuzetno teško. Ni plimsko grejanje ni postojeći nivoi sputteringa ne deluju dovoljno snažno da u većini scenarija potpuno izdevolatilizuju mesec poput Io‑a u okviru geološki kratkog vremena (npr. ~10 miliona godina).
Čak i u modelima koji maksimalizuju atmosfersko bekstvo, Europa u većini slučajeva zadržava veći deo svojih hlapljivih materija. To podupire zaključak da je mnogo verovatnije da su Io i Europa počeli sa različitim sastavima nego da je jedan nastao vlažan pa se potpuno osuši.
Final density of protosatellites accreting pebbles as a function of formation distance a and accretion timescale. (CREDIT: The Astrophysical Journal)
Postoje uski uslovi pod kojima Io može izgubiti veći deo vode: veoma bliska formacija uz Jupiter, naročito brza akrecija, ili intenzivna akrecija putem velikih udarnih tela. U scenariju satellitesimalne (velike telo) akrecije dublje unutrašnje grejanje olakšava dehidraciju, ali i tada prozor za potpuni gubitak ostaje ograničen.
Implikacije i provere
Autori navode da bi termodinamička struktura Jupiterovog circumplanetarnog diska mogla objasniti raspodelu vode: unutrašnji regioni su bili dovoljno topli da materijal bio suvlji, dok su dalje zone dozvoljavale kondenzaciju leda. Takođe predlažu mehanizam u kome voda oslobođena iz filosilikata unutar određene granice ("linija dehidracije filosilikata") difunduju i rekondenzuju dalje od Jupitera, hraneći spoljašnje mesečeve.
Final density of protosatellites accreting satellitesimals as a function of formation distance a and accretion timescale. (CREDIT: The Astrophysical Journal)
Predstojeće misije nude priliku za proveru ovih ideja. NASA‑in Europa Clipper i ESA‑in JUICE, planirani da počnu naučna zapažanja od 2031. godine, mogu putem spektroskopije i uzorkovanja pljuskova testirati sastav i izotope (posebno odnos D/H). U ovom modelu, Europa bi trebalo da pokazuje D/H vrednosti slične hidratizovanim asteroidima i ugljeničnim hondritima, bliže vrednosti zemaljske morske vode.
Rad je objavljen u Astrophysical Journal i dostupan je online.
Pomozite nam da budemo bolji.
