Měsíce roztříštěné na miliony kusů: skryté oceány přežijí i kosmickou katastrofu

Představte si ledový měsíc o průměru až dva tisíce kilometrů, do kterého narazí jiné těleso takovou silou, že se celý rozletí na miliony kusů ledu a kamene. Trosky se pak během času znovu slepí v nový měsíc. Zní to jako scéna ze sci-fi, ale ve vnější sluneční soustavě se to podle astronomů mohlo stávat. Vědci teď v počítači zkoumali, co takové katastrofy dělají s oceány ukrytými pod ledovou slupkou. A výsledek je jiný, než by se dalo čekat.

Oceány, které nikdo nevidí

Ve vnější sluneční soustavě obíhají kolem Saturnu, Uranu a Neptunu desítky ledových měsíců. Některé z nich skrývají pod zamrzlým povrchem oceány tekuté vody. Nejznámějším příkladem je Saturnův měsíc Enceladus. Sonda Cassini v roce 2015 podle laboratoře JPL americké agentury NASA potvrdila, že pod jeho ledovou kůrou leží globální oceán. Prozradilo ho nepatrné kolébání měsíce na oběžné dráze. Z jižního pólu Enceladu navíc tryskají do vesmíru gejzíry vody.

Překvapení přinesl i Mimas, malý a hustě krátery posetý měsíc Saturnu, který vypadá geologicky mrtvý. Podle studie v časopise Nature z roku 2024 se pod jeho povrchem v hloubce 20 až 30 kilometrů skrývá globální oceán, který je nejspíš mladší než 25 milionů let.

Oceány přitahují pozornost astrobiologů, protože tekutá voda je jednou z podmínek života, jak ho známe. Proto je důležité vědět, které měsíce oceán mají a jak dlouho ho dokážou udržet.

Měsíce mladší než dinosauři?

Do otázky vstupuje nečekaná okolnost. Část astronomů se domnívá, že některé měsíce ve vnější sluneční soustavě nejsou tak staré jako planety, které obíhají. Už v roce 2016 tým Matiji Ćuka ze SETI Institutu podle serveru ScienceDaily navrhl, že Saturnovy vnitřní měsíce mohou být staré jen zhruba sto milionů let, tedy z doby dinosaurů. Jejich předchůdci se podle této hypotézy srazili, rozpadli a z trosek vznikly dnešní měsíce i prstence.

Pokud se taková srážka a nové slepení měsíce opravdu stávají, nabízí se otázka. Zničí taková katastrofa oceán, nebo ho naopak může vytvořit? Energie nárazu by přece mohla led roztavit.

Miliony úlomků v počítači

Na tuto otázku se zaměřil tým vedený Marcem Neveuem z Marylandské univerzity ve spolupráci se Southwest Research Institute v Coloradu a izraelským Weizmannovým institutem. Výzkum financovala mimo jiné NASA ze svého programu zaměřeného na obyvatelné světy. Výsledky vyšly v srpnu v odborném časopise Nature Astronomy.

Vědci v počítači simulovali, jak do ledových měsíců o poloměru zhruba 500 až 1000 kilometrů narážejí menší tělesa tak prudce, že je zcela rozbijí. Sledovali přitom pohyb milionů úlomků ledu a kamene. Použili k tomu metodu hydrodynamiky vyhlazených částic, která těleso rozdělí na obrovské množství drobných částeček a počítá, jak na sebe navzájem působí. Díky tomu lze sledovat, kam se při nárazu rozletí led, kam kámen a jak se trosky postupně znovu shluknou. Následně modelovali, jak se znovu slepený měsíc vyvíjí v průběhu 4,5 miliardy let a zda si dokáže udržet tekutou vodu. Výsledky srovnali s měsíci, které žádnou srážkou neprošly.

„Velké srážky z hlediska oceánů vlastně moc nerozhodují. Pokud byl oceán před srážkou, nejspíš bude i po ní,“ shrnuje Neveu v tiskové zprávě univerzity.

Velké měsíce získají, malé ztratí

Podrobnosti ale závisí na velikosti měsíce. U větších měsíců s poloměrem kolem tisíce kilometrů se energie nárazu změní v teplo, které může existující oceán zesílit a udržet ho po miliardy let. U menších měsíců s poloměrem kolem 500 kilometrů je to naopak. Srážka podle autorů urychlí oddělení ledu od kamene a měsíc přijde o izolační vrstvu směsi ledu a horniny, která by jinak teplo udržela. Udržet oceán je pak těžší.

Možná nejzajímavější je zjištění, že srážka nikdy nevytvořila oceán tam, kde by jinak nebyl. Žádná ze simulací podle studie nevedla ke vzniku oceánu v měsíci, který by bez srážky zůstal zmrzlý. A to ani přímo díky teplu z nárazu, ani nepřímo přes změny oběžné dráhy a slapové zahřívání.

Proč teplo nepomůže

Proč energie nárazu oceánu nepomůže? Spoluautorka Raluca Rufuová vysvětluje v tiskové zprávě institutu SwRI, že dodatečná energie se velmi rychle rozptýlí, což vzniku oceánů ve skutečnosti spíš škodí. Přirovnává to k vaření. Malé kousky brambor vychladnou mnohem rychleji než celá brambora. Stejně tak drobné úlomky měsíce rychle vyzáří teplo do vesmíru.

„Malý měsíc, který prodělá rozpad, většinou o oceán přijde, nebo mu to zabrání oceán vytvořit,“ dodává další spoluautorka Alyssa Rhodenová.

Autoři zároveň upozorňují, že pro obyvatelnost měsíce je stejně důležité slapové zahřívání. Gravitace mateřské planety měsíc neustále hněte a vzniklé teplo může udržet vodu tekutou po dlouhou dobu. Efekty, kdy srážka oceán posílí, se navíc podle studie týkají jen pozdních nárazů na velká tělesa, a takové události jsou v nedávné historii sluneční soustavy nepravděpodobné.

Co to znamená pro Enceladus

Výsledky mají praktický dopad pro budoucí výzkum. Podle SwRI naznačují, že Enceladus a Dione nejspíš v nedávné minulosti rozbity nebyly. Jinak by těžko měly oceány, které u nich vědci pozorují nebo předpokládají. To posiluje jejich pozici jako slibných cílů při hledání podmínek pro život. Zároveň SwRI připomíná, že řada menších měsíců ve vnější sluneční soustavě podle dosavadních indicií mohla srážkou projít v průběhu posledních sto milionů let. U takových měsíců je podle nových výsledků menší naděje, že by pod povrchem skrývaly vodu.

Studie se týká i dalších ledových měsíců, jako jsou Saturnovy Tethys a Rhea, Uranovy Miranda, Ariel, Umbriel, Titania a Oberon nebo Neptunův Triton. Pomůže vybrat, kam by se měly vydat budoucí sondy.

Jde samozřejmě jen o počítačové modely. Skutečnou historii jednotlivých měsíců zatím neznáme a výsledky závisí na předpokladech o jejich složení, rychlosti nárazů a dalších parametrech. Studie ale ukazuje, že ani nejbrutálnější srážky nemusí rozhodnout o tom, zda pod ledem šplouchá voda.