Мощные столкновения спутников Сатурна, Урана и Нептуна не обязательно уничтожают скрытые подлёдные океаны. К такому выводу пришли исследователи из Университета Мэриленда и других научных учреждений, смоделировав последствия космических столкновений и последующую эволюцию ледяных спутников в течение 4,5 млрд лет. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Многие спутники планет-гигантов, как предполагают учёные, скрывают под километрами льда океаны жидкой воды. Поскольку вода считается одним из ключевых условий существования жизни в известной нам форме, такие подповерхностные океаны рассматриваются как одни из наиболее перспективных мест для поиска внеземной жизни.

При этом внешняя часть Солнечной системы пережила множество мощных столкновений. Учёные предполагают, что некоторые современные спутники могут быть остатками более древних небесных тел, которые были разрушены, а затем сформировались заново из обломков. Исследователи решили выяснить, способны ли такие катастрофы уничтожить океан внутри спутника.

Для этого они объединили два типа компьютерного моделирования. Первая модель воспроизводила само столкновение — разрушение миллионов фрагментов льда и горных пород, их нагрев и последующее объединение. Вторая отслеживала эволюцию внутреннего строения спутника на протяжении миллиардов лет, включая накопление и потерю тепла и возможное плавление льда.

Учёные рассмотрели спутники радиусом около 500 и 1000 километров, которые сталкивались с меньшими космическими телами, разрушались и затем формировались заново. После этого исследователи проследили за их развитием в течение 4,5 млрд лет.

Оказалось, что размер спутника играет важную роль в последствиях столкновения. У более крупных тел энергия удара превращается в дополнительное тепло, которое может сохранить существующий океан и даже увеличить его толщину на протяжении нескольких миллиардов лет.

У небольших спутников эффект оказывается противоположным. До столкновения смесь льда и горных пород во внешних слоях может работать как своеобразный теплоизоляционный слой, удерживая тепло внутри и помогая поддерживать океан. После разрушения и повторного формирования спутника горные породы опускаются к центру, а лёд поднимается к поверхности. Из-за исчезновения изолирующего слоя небольшому спутнику становится сложнее сохранять океан.

При этом ни в одном из рассмотренных сценариев столкновение не создало океан там, где без него спутник оставался бы полностью замёрзшим.

Полученные результаты относятся к нескольким спутникам, которые рассматриваются как потенциальные цели будущих космических исследований. Среди них — Мимас, Энцелад, Тефия, Диона и Рея у Сатурна, Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон у Урана, а также Тритон у Нептуна.

Особый интерес у исследователей вызывает Рея. Её древние кратеры выглядят необычно сглаженными, что может указывать на нагрев внутренней части спутника в прошлом. По мнению авторов работы, древнее столкновение, увеличившее количество тепла внутри Реи и поддержавшее её океан, может быть одним из объяснений этой особенности.

Учёные отмечают, что история столкновений — лишь один из факторов, определяющих возможность существования океана и жизни. Не менее важную роль может играть приливный нагрев, возникающий из-за взаимодействия спутника с планетой и другими небесными телами.

Результаты исследования могут помочь определить цели будущих миссий к ледяным спутникам и понять, какие признаки подповерхностных океанов следует искать — от гравитационных аномалий до солевых отложений и криовулканической активности. От предполагаемого количества и типа возможной жизни будет зависеть и чувствительность приборов, необходимых для её обнаружения.