Les lunes de Jupiter pourraient se réchauffer grâce à la résonance des marées

Les quatre plus grandes lunes de Jupiter par ordre de distance de Jupiter: Io, Europa, Ganymède et Callisto. Crédit: NASA / JPL / DLR

La poussée et la traction gravitationnelles Jupiterles lunes pourraient expliquer plus de réchauffement que la seule géante gazeuse Jupiter.

Les lunes de Jupiter sont chaudes.

Eh bien, plus chaud qu’ils ne devraient l’être, pour être si loin du soleil. Dans un processus appelé chauffage par marée, les remorqueurs gravitationnels des lunes de Jupiter et de la planète elle-même s’étirent et écrasent suffisamment les lunes pour les réchauffer. En conséquence, certaines des lunes glacées contiennent des intérieurs suffisamment chauds pour accueillir des océans d’eau liquide, et dans le cas de la lune rocheuse Io, le réchauffement des marées fait fondre la roche en magma.

Les chercheurs pensaient auparavant que la géante gazeuse Jupiter était responsable de la majeure partie du réchauffement de marée associé aux intérieurs liquides des lunes, mais une nouvelle étude publiée dans Lettres de recherche géophysique a constaté que les interactions lune-lune peuvent être plus responsables du chauffage que Jupiter seul.

«C’est surprenant car les lunes sont tellement plus petites que Jupiter. Vous ne vous attendriez pas à ce qu’ils soient capables de créer une telle réaction de marée », a déclaré l’auteur principal de l’article, Hamish Hay, postdoctoral au Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, en Californie, qui a effectué la recherche lorsqu’il était étudiant diplômé en le laboratoire lunaire et planétaire de l’Université de l’Arizona.

Comprendre comment les lunes s’influencent mutuellement est important car cela peut éclairer l’évolution du système lunaire dans son ensemble. Jupiter compte près de 80 lunes, dont les quatre plus grandes sont Io, Europa, Ganymède et Callisto.

«Maintenir les océans souterrains contre le gel pendant les périodes géologiques nécessite un équilibre fin entre le chauffage interne et la perte de chaleur, et pourtant nous avons plusieurs preuves qu’Europa, Ganymède, Callisto et d’autres lunes devraient être des mondes océaniques», a déclaré le co-auteur Antony Trinh, chercheur postdoctoral au laboratoire lunaire et planétaire. «Io, la lune galiléenne la plus proche de Jupiter, montre une activité volcanique généralisée, une autre conséquence du réchauffement des marées, mais à une intensité plus élevée probablement ressentie par d’autres planètes terrestres, comme la Terre, dans leur première histoire. En fin de compte, nous voulons comprendre la source de toute cette chaleur, à la fois pour son influence sur l’évolution et l’habitabilité des nombreux mondes à travers le système solaire et au-delà.

Résonance des marées

L’astuce du chauffage par marée est un phénomène appelé résonance de marée.

«La résonance crée des charges plus chauffantes», a déclaré Hay. «Fondamentalement, si vous poussez un objet ou un système et le lâchez, il vacillera à sa propre fréquence naturelle. Si vous continuez à pousser le système à la bonne fréquence, ces oscillations deviennent de plus en plus grandes, tout comme lorsque vous poussez un swing. Si vous poussez le swing au bon moment, il monte plus haut, mais vous vous trompez de timing et le mouvement du swing est amorti.

La fréquence naturelle de chaque lune dépend de la profondeur de son océan.

“Ces résonances de marée étaient connues avant ces travaux, mais uniquement connues pour les marées dues à Jupiter, qui ne peuvent créer cet effet de résonance que si l’océan est vraiment mince (moins de 300 mètres ou moins de 1000 pieds), ce qui est peu probable”, a déclaré Hay. . «Lorsque les forces de marée agissent sur un océan global, cela crée un raz-de-marée à la surface qui finit par se propager autour de l’équateur avec une certaine fréquence, ou période.»

Selon le modèle des chercheurs, l’influence de Jupiter à elle seule ne peut pas créer des marées avec la bonne fréquence pour résonner avec les lunes parce que les océans des lunes sont considérés comme trop épais. Ce n’est que lorsque les chercheurs ont ajouté l’influence gravitationnelle des autres lunes qu’ils ont commencé à voir les forces de marée s’approcher des fréquences naturelles des lunes.

Lorsque les marées générées par d’autres objets du système lunaire de Jupiter correspondent à la fréquence de résonance de chaque lune, la lune commence à ressentir plus de chaleur que celle due aux marées soulevées par Jupiter seul, et dans les cas les plus extrêmes, cela pourrait entraîner la fonte de la glace. ou rock en interne.

Pour que les lunes subissent la résonance des marées, leurs océans doivent avoir des dizaines à des centaines de kilomètres – au plus quelques centaines de kilomètres – d’épaisseur, ce qui est dans la fourchette des estimations actuelles des scientifiques. Cependant, il y a quelques réserves aux conclusions des chercheurs.

Leur modèle suppose que les résonances des marées ne deviennent jamais trop extrêmes, a déclaré Hay. Lui et son équipe veulent revenir à cette variable dans le modèle et voir ce qui se passe lorsqu’ils lèvent cette contrainte.

Hay espère également que les études futures seront en mesure de déduire la véritable profondeur des océans au sein de ces lunes.

Référence: «Powering the Galilean Satellites with Moon ‐ Moon Tides» par Hamish CFC Hay, Antony Trinh et Isamu Matsuyama, 19 juillet 2020, Lettres de recherche géophysique.
DOI: 10.1029 / 2020GL088317

Cette étude a été financée par NASAprogramme Habitable Worlds.