太陽系外縁部の氷の衛星は多くの謎を解き明かし、そのうちの 1 つはミマスとエンケラドゥスのパラドックスと呼ばれることもあります (e.g., Czechowski &Witek 2015)。これは、一部の氷体 (ミマス、レア、カリストなど) が冷たいままであるのに対し、他のいくつか (エンケラドス、イアペトゥス、エウロパ、ガニメデ) が集中的な処理を受けている理由です。特に興味深いのは、土星の 6 番目に大きい衛星であるエンケラドゥスの事例です。大部分が新鮮な氷で覆われ、深部に岩石と金属の顕著な部分が含まれているこの月は、エンケラデスの南極帯にあるほぼ平行な直線状のくぼみである、いわゆるタイガー ストライプから定期的に発生する蒸気プルームで最もよく知られています。
これには 2 つの疑問があります。 1つは、具体的には、エンケラドスの潮汐加熱が、観測された氷火山活動を維持するのに十分かどうかです。もう 1 つの問題は、より一般的なものです。同様の条件で降着していた天体の地質史をどのような状況で分割したのでしょうか?
最初の質問に対する答えは、エンベロープの裏側の見積もりによって比較的簡単に得ることができます。 NASA カッシーニ探査機からのデータの分析は、エンケラドゥスの蒸気プルームによる出力エネルギー流束が約 10 GW であることを示しました (Kamata &Nimmo 2017)。それはChenらによっても実証されています。 (2014 年、表 3) によると、エンケラデスの地球規模の地下海洋に関連する散逸率は、この衛星が放出する全体的な熱よりもはるかに小さい.
したがって、間欠泉の出力 (10 GW) が、土星が生成した潮汐によってエンケラドスで放散された全体的な熱にほぼ等しいと仮定すると、見積もりの目的で、間欠泉の存在を無視することが正当になります。ホスト惑星によって潮汐摂動を受けた均一な氷の球の潮汐加熱率の簡単な式で、潮汐によって生成された熱を概算します。この式には粘性が含まれているため、この近似はエンケラデスの氷のマントルの平均粘性を推定するものでなければなりません。
この作業は Efroimsky (2018a) で行われ、得られた平均粘度 (0.24 × 10 Pa s) の値は、融点に近い氷の粘度に非常に近いことが判明しました。これは、土星によってエンケラドゥスで生成された潮汐が、この月のプルーム活動を維持するのに十分であるという仮定を裏付けています。追加の熱源は必要ありません。エンケラドスの岩石と金属部分の放射性成分は長い間崩壊していると予想されるため、この発見に満足しているはずです.
残念ながら、この見積もりは 2 番目の質問に対する答えを自動的には提供しません。潮汐減衰率は粘度に反比例しますが、粘度は温度の低下とともにほぼ指数関数的に増加します。このように、非常に低い初期温度では、潮汐熱の生成率が低すぎて、体を十分に温めることができないと予想されます.
放射能は役に立ちますか？この熱源を当てにするためには、正真正銘の地質学的歴史を経てきた月が、約 4.5 Gyr 前に惑星と同時に降着したと推測しなければなりません。より正確には、十分な量の放射性物質がまだ周囲にあったときに、それらの降着が起こったはずです (Schubert et al. 2007)。それらの降着の過程で、衛星は多数のカルシウム-アルミニウムに富んだ包有物 (CAI) を一掃したかもしれませんが、これらの包有物に最初に含まれていた放射性同位体 26Al は短命だったことに留意する必要があります (その半分-生命はわずか 0.7 Myr です)。
このシナリオでは、ある程度の微調整が必要になります。または、より適切な、適切なタイミング — これは単純なシナリオに対する反論です。さらに重要なことに、最近開発されたエンケラドゥス形成のモデル (Charnoz et al. 2011、Salmon &Canup 2017、Asphaug &Reufer 2013) は、放射性同位体が存在しなかった時期である、エンケラドスの誕生のずっと後の時期を提唱しています。
では、氷のような体を本来の冷たい状態から温めるメカニズムは何だろうか?そして、なぜこのメカニズムはエンケラドス (そして、おそらく他のいくつかの衛星) ではそれほど効果的だったのに、ミマスのような天体ではうまくいかなかったのでしょうか?差別の原因となった可能性のある要因や時折の出来事は何ですか?
放射能が存在しない場合、エンケラドスの内部を部分的に溶融させ、その中で地質学的プロセスを開始させた可能性がある唯一の現実的な熱源は、潮の散逸のままです。しかし、上で述べたように、このオプションの問題点は、低温の発生期のエンケラドゥスの粘性が現在よりもはるかに高いため、潮汐減衰率が現在よりもはるかに低くなるはずであることです。潮汐消散の強度を高めることができる追加の状況が発生した可能性はありますか?
Makarov &Efroimsky (2014) で最初に仮説が立てられ、次に Efroimsky (2018b) で詳細に調査された 1 つの可能性は、経度の移動が状況によっては潮汐加熱の顕著な増加を引き起こした可能性があるということです。具体的には、後者の研究では、レオロジーとは無関係に、フォボスでは潮汐で消散される力の 52%、ミマスでは 33%、エンケラドゥスでは 23%、エピメテウスでは 96% が経度で強制的に解放されたことが原因であることが実証されました。 /P>
潮汐加熱におけるリブレーション生成入力は、強制リブレーションの大きさに依存します。これは、月の動的三軸性の値 (B−A)/C に依存します。ここで、A ≤ B
このシナリオは、土星の巨大な氷の衛星 (エンケラドス、イアペトゥス) のいくつかが過去に暖まり、他のもの (ミマス) が冷たいままだった理由を説明するのに役立つかもしれません.
これらの調査結果は、最近 Icarus 誌に掲載された「経度で動揺する潮汐摂動体の散逸」および「エンケラドゥスの潮汐粘度」というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、米国海軍天文台の Michael Efroimsky によって実施されました。
参考文献:
