De iskalla månarna i det yttre solsystemet har potential för liv, med tanke på att de kan innehålla hav av vatten. Men livet behöver också en energikälla för att utföra viktiga funktioner som tillväxt, reproduktion och rörelse.

Hur, sedan, kan energi genereras på en avlägsen måne, långt från solens värme? En ny tidning tittade på hur tidvattenuppvärmning kan ske i haven av Saturns månar Titan och Enceladus, som är välstuderade av NASA:s och European Space Agency:s Cassini-uppdrag. Medan forskare har en aning om hur tjocka dessa hav är, mängden energi som produceras från tidvattenförlust på dessa avlägsna världar är okänd. Ytterligare modellering och studier kommer att krävas under de kommande decennierna.

Det nya papperet, "Numeriskt modellerar tidvattenförlust med bottendrag i Titan och Enceladus, "publicerades nyligen online i tidskriften Icarus. Forskningen tittade på två olika typer av dragmodeller som skulle påverka tidvattenförlusten i haven, och gör förutsägelser om hur denna spridning kan förändra månarnas banor. Forskningen leds av Hamish Hay, doktorand i planetvetenskap vid University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory, och var medförfattare av sin handledare, Isamu Matsuyama.

Hays forskning tillämpade en datorsimulering som han har utvecklat för att undersöka tidvattendrag i Titan och Enceladus. De inkluderade Rayleigh -drag (som gäller för mjuka flöden) och bottendrag (vilket är mer turbulent). Faktiskt flöde i haven av isiga månar förväntas bli turbulent.

Tidvattensenergi

Hay höll sin modell enkel för att se om den stämde överens med de teoretiska beräkningarna från andra författare. Detta innebar att, till exempel, han satte inte en iskeps på haven, vilket är vad som finns på dessa avlägsna månar. Han höll också havstjockleken enhetlig över hela månen. Detta är en bra approximation för stora månar som Titan, men inte för Enceladus där vi vet att havet är tjockast vid sydpolen. Med sin modell som nu är känd för att matcha den befintliga teorin ganska nära, han planerar framtida tidningar för att utforska de ytterligare effekterna av en iskappa och rumsliga förändringar i havstjockleken.

Iskala månar sprider energi eftersom de upplever en förändrad gravitationskraft på grund av både det varierande avståndet mellan månen och planeten, och lutningen av månens rotationsaxel. Hay tillämpade var och en av dessa i tur och ordning samtidigt som man varierade både tjockleken på havet och dragkoefficienten, en numerisk representation av vätskans motstånd, för att se hur mängden energi som försvinner påverkas. Han började med att tillämpa det föränderliga måne-planetavståndet till Titan med resultatet att hans modell visade flera spikar i energispridning när havet är ganska tunt, bara några tiotals meter tjocka. Dock, Titans hav är faktiskt mycket tjockare (över 100 kilometer tjockt), så dess verkliga försvunna energi, på grund av det förändrade avståndet mellan månen och planeten, förväntas bli mycket mindre.

När Hay övervägde spridning på grund av lutningen av Titans rotationsaxel, resultatet blev ganska annorlunda. Om Titans hav är minst 100 meter tjockt, uppvärmningen som uppstår styrs av mängden motstånd som havet upplever när det flyter, känd som "nedre dragkoefficienten".

"Detta skulle innebära att havet tappar mer energi än vi annars förväntat oss, "sa han." Naturligtvis, detta beror på storleken på den nedre dragkoefficienten, vilket jag betonar, vi vet inte, " han sa.

På Enceladus, enligt Hay's modellering, uppvärmning från nedre drag och det föränderliga avståndet mellan mån och planet sker lättast när havet är mindre än en kilometer tjockt, mycket tunnare än den egentligen förmodade tjockleken på månens hav. Effekterna av Rayleigh -drag visar ingen signifikant mängd försvunnen tidvattenenergi. Till skillnad från Titan, Enceladus rotationslutning är sannolikt för liten för att orsaka betydande tidvattenförlust, så all energi för Enceladus måste komma från en annan process.

Tidvatten är känt för att påverka satelliternas banor också. Till exempel, tidvattenförlust över eonerna kan cirkulera en planets bana. När det gäller Titan, Hays modell visade att tidvattenförlust med ett tillräckligt tjockt hav kan minska hastigheten med vilken månen rör sig bort från Saturnus. Ett mycket tunt hav kan få månen att vandra mot Saturnus, men det förväntas inte vara fallet på Titan.

Hay sa att det är för tidigt att prata i detalj om eventuella konsekvenser för astrobiologi, men hoppas att hans forskning kommer att leda till en bättre förståelse av tidvattenmiljön på Enceladus och Titan och hur mycket tidvattenenergi som kan vara tillgänglig för livet på dessa månar.

Cassinis uppdrag avslutas i september 2017 när rymdfarkosten, låg bränsle, riktas in i Saturnus. Manövern kommer inte bara att ge forskare några mätningar av Saturns atmosfär, men kommer också att skydda de iskalla månarna i närheten från varje risk för kontaminering.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NASA:s Astrobiology Magazine. Utforska jorden och mer på www.astrobio.net.