De ijzige manen in het buitenste zonnestelsel hebben het potentieel voor leven, gezien het feit dat ze oceanen van water kunnen bevatten. Maar het leven heeft ook een bron van energie nodig om essentiële functies uit te voeren zoals groei, reproductie en beweging.

Hoe, dan, zou energie kunnen worden opgewekt op een verre maan, ver van de warmte van de zon? In een recent artikel is gekeken naar hoe getijdenwarmte kan plaatsvinden in de oceanen van de manen Titan en Enceladus van Saturnus, die goed zijn bestudeerd door de Cassini-missie van NASA en het European Space Agency. Hoewel wetenschappers enig idee hebben hoe dik deze oceanen zijn, de hoeveelheid energie die wordt geproduceerd door getijdendissipatie op deze verre werelden is onbekend. Verdere modellering en studie zullen de komende decennia nodig zijn.

Het nieuwe papier, "Numeriek modelleren van getijdendissipatie met bodemweerstand in de oceanen van Titan en Enceladus, " werd onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Icarus. Het onderzoek keek naar twee verschillende soorten weerstandsmodellen die de getijdendissipatie in de oceanen zouden beïnvloeden, en maakt voorspellingen over hoe deze dissipatie de banen van de manen kan veranderen. Het onderzoek werd geleid door Hamish Hay, een promovendus in planetaire wetenschap aan het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona, en was co-auteur van zijn promotor, Isamu Matsuyama.

Hay's onderzoek paste een computersimulatie toe die hij heeft ontwikkeld om de getijweerstand in de oceanen van Titan en Enceladus te onderzoeken. Ze omvatten Rayleigh-weerstand (die van toepassing is op gladde stromingen) en bodemweerstand (die turbulenter is). De werkelijke stroming in de oceanen van ijzige manen zal naar verwachting turbulent zijn.

getijdenenergie

Hay hield zijn model eenvoudig om te zien of het overeenkwam met de theoretische berekeningen van andere auteurs. Dit betekende dat, bijvoorbeeld, hij zette geen ijskap op de oceanen, dat is wat er op deze verre manen wordt gevonden. Hij hield ook de dikte van de oceanen uniform over de hele maan. Dit is een goede benadering voor grote manen zoals Titan, maar niet voor Enceladus, waar we weten dat de oceaan het dikst is aan de zuidpool. Met zijn model waarvan nu bekend is dat het redelijk goed overeenkomt met de bestaande theorie, hij plant toekomstige artikelen om de aanvullende effecten van een ijskap en ruimtelijke veranderingen in de dikte van de oceaan te onderzoeken.

IJzige manen verdrijven energie omdat ze een veranderende zwaartekracht ervaren vanwege zowel de variërende afstand tussen de maan en de planeet, en de helling van de rotatie-as van de maan. Hay paste elk van deze beurtelings toe terwijl hij zowel de dikte van de oceaan als de luchtweerstandscoëfficiënt varieerde, een numerieke weergave van de weerstand van de vloeistof, om te zien hoe de hoeveelheid gedissipeerde energie wordt beïnvloed. Hij begon met het toepassen van de veranderende maan-planeetafstand tot Titan, met als resultaat dat zijn model verschillende pieken in energiedissipatie liet zien wanneer de oceaan vrij dun is, slechts enkele tientallen meters dik. Echter, De oceaan van Titan is eigenlijk veel dikker (meer dan 100 kilometer dik), dus zijn echte verspilde energie, door de veranderende afstand tussen de maan en de planeet, zal naar verwachting veel minder zijn.

Toen Hay dissipatie overwoog vanwege de kanteling van de rotatie-as van Titan, het resultaat was heel anders. Als de oceaan van Titan minstens 100 meter dik is, de opwarming die optreedt, wordt gecontroleerd door de hoeveelheid weerstand die de oceaan ervaart tijdens het stromen, bekend als de "onderste luchtweerstandscoëfficiënt."

"Dit zou betekenen dat de oceaan meer energie afvoert dan we anders hadden verwacht, "zei hij. "Natuurlijk, dit is afhankelijk van de grootte van de luchtweerstandscoëfficiënt, die ik benadruk, wij weten het niet, " hij zei.

Op Enceladus, volgens Hay's modellering, opwarming door bodemweerstand en de veranderende afstand maan-planeet treedt het gemakkelijkst op wanneer de oceaan minder dan een kilometer dik is, veel dunner dan de werkelijke veronderstelde dikte van de oceaan van de maan. De effecten van Rayleigh-weerstand laten geen significante hoeveelheid gedissipeerde getijdenenergie zien. In tegenstelling tot Titaan, de rotatiehelling van Enceladus is waarschijnlijk te klein om significante getijdendissipatie te veroorzaken, dus alle energie voor Enceladus zou uit een ander proces moeten komen.

Het is bekend dat getijden ook een effect hebben op de banen van de satellieten. Bijvoorbeeld, getijdendissipatie over de eonen kan de baan van een planeet cirkelvormig maken. In het geval van Titan, Hay's model toonde aan dat getijdendissipatie met een oceaan die dik genoeg is, de snelheid waarmee de maan zich van Saturnus verwijdert, zou kunnen verminderen. Een zeer dunne oceaan zou de maan naar Saturnus kunnen laten migreren, maar dat zal naar verwachting niet het geval zijn op Titan.

Hay zei dat het te vroeg is om in detail te praten over eventuele implicaties voor astrobiologie, maar hoopt dat zijn onderzoek zal leiden tot een beter begrip van de getijdenomgeving op Enceladus en Titan en hoeveel getijdenenergie beschikbaar zou kunnen zijn voor het leven op die manen.

Cassini's missie eindigt in september 2017 wanneer het ruimtevaartuig, weinig brandstof, is gericht op Saturnus. De manoeuvre geeft wetenschappers niet alleen enkele metingen van de atmosfeer van Saturnus, maar zal ook de ijzige manen in de buurt beschermen tegen elke kans op besmetting.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.