Las lunas de Júpiter podrían calentarse entre sí a través de la resonancia de las mareas

Las cuatro lunas más grandes de Júpiter en orden de distancia a Júpiter: Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Crédito: NASA / JPL / DLR

El empuje gravitacional y el tirón JúpiterLas lunas podrían representar más calentamiento que el gigante gaseoso Júpiter solo.

Las lunas de Júpiter están calientes.

Bueno, más calientes de lo que deberían estar, por estar tan lejos del sol. En un proceso llamado calentamiento por mareas, los tirones gravitacionales de las lunas de Júpiter y del planeta mismo estiran y aplastan las lunas lo suficiente como para calentarlas. Como resultado, algunas de las lunas heladas contienen interiores lo suficientemente cálidos como para albergar océanos de agua líquida y, en el caso de la luna rocosa Io, el calentamiento de las mareas derrite la roca en magma.

Los investigadores creían anteriormente que el gigante gaseoso Júpiter era responsable de la mayor parte del calentamiento de las mareas asociado con el interior líquido de las lunas, pero un nuevo estudio publicado en Cartas de investigación geofísica encontraron que las interacciones luna-luna pueden ser más responsables del calentamiento que Júpiter solo.

“Es sorprendente porque las lunas son mucho más pequeñas que Júpiter. No esperarías que pudieran crear una respuesta de marea tan grande ”, dijo el autor principal del artículo, Hamish Hay, un becario postdoctoral en el Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California, quien hizo la investigación cuando era un estudiante de posgrado en el Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona.

Comprender cómo las lunas se influyen entre sí es importante porque puede arrojar luz sobre la evolución del sistema lunar en su conjunto. Júpiter tiene casi 80 lunas, las cuatro más grandes de las cuales son Ío, Europa, Ganímedes y Calisto.

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“Mantener los océanos subsuperficiales contra la congelación durante tiempos geológicos requiere un delicado equilibrio entre el calentamiento interno y la pérdida de calor, y sin embargo tenemos varias pruebas de que Europa, Ganímedes, Calisto y otras lunas deberían ser mundos oceánicos”, dijo el coautor Antony Trinh. becario de investigación postdoctoral en el Laboratorio Lunar y Planetario. “Io, la luna galileana más cercana a Júpiter, muestra una actividad volcánica generalizada, otra consecuencia del calentamiento de las mareas, pero con una intensidad más alta probablemente experimentada por otros planetas terrestres, como la Tierra, en su historia temprana. En última instancia, queremos comprender la fuente de todo este calor, tanto por su influencia en la evolución y la habitabilidad de los muchos mundos del sistema solar como más allá “.

Resonancia de marea

El truco para el calentamiento de las mareas es un fenómeno llamado resonancia de las mareas.

“La resonancia crea mucho más calor”, dijo Hay. “Básicamente, si empuja cualquier objeto o sistema y lo suelta, se tambaleará a su propia frecuencia natural. Si sigue empujando el sistema a la frecuencia correcta, esas oscilaciones se hacen cada vez más grandes, como cuando está empujando un swing. Si empuja el swing en el momento adecuado, aumentará, pero se equivoca en el momento y el movimiento del swing se amortigua “.

La frecuencia natural de cada luna depende de la profundidad de su océano.

“Estas resonancias de marea se conocían antes de este trabajo, pero solo se conocen por las mareas debidas a Júpiter, que solo pueden crear este efecto de resonancia si el océano es realmente delgado (menos de 300 metros o menos de 1,000 pies), lo cual es poco probable”, dijo Hay. . “Cuando las fuerzas de las mareas actúan sobre un océano global, se crea un maremoto en la superficie que termina propagándose alrededor del ecuador con una cierta frecuencia o período”.

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Según el modelo de los investigadores, la influencia de Júpiter por sí sola no puede crear mareas con la frecuencia adecuada para resonar con las lunas porque se cree que los océanos de las lunas son demasiado gruesos. Solo cuando los investigadores agregaron la influencia gravitacional de las otras lunas, comenzaron a ver las fuerzas de las mareas acercándose a las frecuencias naturales de las lunas.

Cuando las mareas generadas por otros objetos en el sistema lunar de Júpiter coinciden con la frecuencia de resonancia de cada luna, la luna comienza a experimentar más calentamiento que el debido a las mareas elevadas por Júpiter solo, y en los casos más extremos, esto podría resultar en el derretimiento del hielo. o roca internamente.

Para que las lunas experimenten la resonancia de las mareas, sus océanos deben tener decenas a cientos de kilómetros, como máximo unos pocos cientos de millas, de espesor, lo que está dentro del rango de las estimaciones actuales de los científicos. Sin embargo, hay algunas salvedades en los hallazgos de los investigadores.

Su modelo asume que las resonancias de las mareas nunca se vuelven demasiado extremas, dijo Hay. Él y su equipo quieren volver a esta variable en el modelo y ver qué sucede cuando eliminan esa restricción.

Hay también espera que los estudios futuros puedan inferir la verdadera profundidad de los océanos dentro de estas lunas.

Referencia: “Powering the Galilean Satellites with Moon-Moon Tides” por Hamish CFC Hay, Antony Trinh e Isamu Matsuyama, 19 de julio de 2020, Cartas de investigación geofísica.
DOI: 10.1029 / 2020GL088317

Este estudio fue financiado por NASAPrograma Mundos Habitables.

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