木星的卫星可能通过潮汐共振使彼此变暖

木星的卫星是伽利略卫星

木星最大的四颗卫星(按距离排列):木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。来源:美国航天局/喷气推进实验室/经销商

重力的推拉作用木星它的卫星比巨大的气体行星木星本身更能解释气候变暖的原因。

木星的卫星很热。

因为它们离太阳太远,所以温度太高了。在一个被称为潮汐加热的过程中,木星的卫星和行星本身的引力牵引将卫星拉伸挤压到足够的温度。结果,一些冰冷的卫星内部温度足以容纳液态水的海洋,而在岩石多的卫星木卫一上,潮汐加热将岩石融化成岩浆。

研究人员此前认为,气态巨行星木星是造成卫星内部液体潮汐加热的主要原因,但一项新的研究发表在《科学》杂志上《地球物理研究快报发现月球与月球之间的相互作用可能比木星本身更重要。

“这很令人惊讶,因为这些卫星比木星小得多。你不会期望他们能够创造这么大的潮汐响应,”论文的第一作者说哈米什干草,帕萨迪纳喷气推进实验室的博士后研究员,加州的研究时,他是一个研究生在亚利桑那大学月球和行星实验室。

了解月球如何影响彼此是很重要的,因为它可以阐明月球系统作为一个整体的演化过程。木星有近80颗卫星,其中最大的四颗是木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。

“维持地下海洋对冻结地质时代需要一个好的内部加热和热损失之间的平衡,但我们有一些证据,欧罗巴,Ganymede, Callisto和其他卫星应该是海洋的世界,”作者安东尼说:陈,月球和行星实验室的博士后研究员。”Io,最接近木星的伽利略卫星,显示了广泛的火山活动,潮汐加热的另一个后果,但它的强度比其他类地行星要高,比如地球,在它们的早期历史中。最终,我们想要了解所有这些热量的来源,包括它对太阳系内外许多世界的进化和宜居性的影响。”

潮汐共振

潮汐加热的诀窍是一种叫做潮汐共振的现象。

海伊说:“共振产生更多的热量。”“基本上,如果你推任何物体或系统,然后放手,它会以自己的固有频率摆动。如果你继续以正确的频率推动系统,这些振荡就会变得越来越大,就像你推动秋千一样。如果你在正确的时间推动秋千,它就会走得更高,但如果时机不对,秋千的运动就会被抑制。”

每个月球的固有频率取决于其所在海洋的深度。

海伊说:“这些潮汐共振在这项工作之前就已经知道了,但只有木星引起的潮汐才知道,只有在海洋非常薄的情况下(小于300米或低于1000英尺)才会产生这种共振效应,而这是不太可能的。”“当潮汐力作用在全球海洋上时,它会在表面产生一个潮汐波,最终以一定的频率或周期围绕赤道传播。”

根据研究人员的模型,仅靠木星的影响无法产生与卫星共振的正确频率的潮汐,因为卫星的海洋被认为太厚了。只有当研究人员加入其他卫星的引力影响时,他们才开始看到潮汐力接近卫星的自然频率。

当木星的卫星系统中其他物体产生的潮汐与每个卫星自身的共振频率相匹配时,月球就会开始感受到比单独由木星引起的潮汐更多的热量,在最极端的情况下,这可能导致内部的冰或岩石融化。

要让卫星经历潮汐共振,它们的海洋必须有几十到几百公里厚——最多几百英里——这在科学家目前的估计范围内。然而,研究人员的发现也有一些需要注意的地方。

他们的模型假设潮汐共振不会太极端,海说。他和他的团队想回到模型中的这个变量,看看当他们解除这个约束时会发生什么。

Hay还希望未来的研究能够推断出这些卫星内海洋的真正深度。

参考:haish C. F. C. Hay、Antony Trinh和Isamu Matsuyama于2020年7月19日发表的《用月球‐月球潮汐为伽利略卫星供电》,《地球物理研究快报
gl088317 DOI: 10.1029/2020

这项研究是由美国国家航空航天局该项目是美国宇航局的宜居世界项目。

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