Die Entdeckung, dass viele der großen Monde im äußeren Sonnensystem bedeutende unterirdische Ozeane aus flüssigem Wasser beherbergen könnten, war ein entscheidender Fortschritt in der Planetenforschung. Diese Monde stellen einige der vielversprechendsten Lebensräume für Leben außerhalb der Erde dar, aber ihre verborgene Natur erschwert eine direkte Untersuchung.
Diese Ozeane scheinen Dutzende oder sogar Hunderte Kilometer tief zu sein und werden oben von einer dicken, eisigen Hülle und unten von einer geothermischen Wärmequelle begrenzt. Ein Schlüsselelement zum Verständnis ihrer Natur ist die Ableitung der Muster der Ozeanzirkulation, denn es ist der Ozean, der Wärme, Salz und potenzielle Biosignaturen an die Oberfläche transportiert, wo sie von zukünftigen Weltraummissionen entdeckt werden könnten.
Obwohl einige frühere Studien die Dynamik von unterirdischen Ozeanen simuliert haben, stützten sich diese Berechnungen auf Parameter, die durch Beobachtungen kaum eingeschränkt sind. In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planetenverfolgten Bire et al. einen neuartigen Ansatz, indem sie ihre Simulationen in Form einer dimensionslosen Zahl – der natürlichen Rossby-Zahl, die ein Verhältnis von Auftriebsfluss, Mondrotationsrate und Meerestiefe ist – darstellten, für die Beobachtungseinschränkungen bestehen.
Die Autoren stellen eine Reihe von Simulationen vor, die einen breiten Parameterbereich von Ozeantiefe, Mondrotationsrate und treibendem Wärmefluss untersuchen. Im Bereich der kleinen Rossby-Zahlen, die wahrscheinlich für Eismonde geeignet sind, hat die Rotationsgeschwindigkeit des simulierten Mondes einen starken Einfluss auf die Dynamik des unterirdischen Ozeans. Dies steht im Gegensatz zum derzeit akzeptierten Modell.
In Übereinstimmung mit Argumenten, die in der gut verstandenen rotierenden Fluiddynamik in einer Kugelschale verwurzelt sind, bricht die Zirkulation des Ozeans in zwei Regionen. In höheren Breiten erstrecken sich Konvektionsfahnen parallel zur Rotationsachse des Mondes von unten nach oben. Aber in niedrigeren Breiten wird Wasser in Längsrichtung um den Mond herumgetragen und interagiert weniger stark mit dem Meeresboden. Dieses Strömungsmuster dämpft wahrscheinlich, wie effizient geothermische Wärme aus der Tiefe des Mondes über den Ozean an die Oberfläche transportiert werden kann. Äquatorregionen sind daher beim Wärmetransport weniger effizient als Polarregionen, was wichtige Auswirkungen auf die Dicke der Eisschale an der Oberfläche hat.
Den Autoren zufolge führten die durch den globalen Konvektionsprozess erzeugten Turbulenzen wahrscheinlich zur Entstehung von Bändern wechselnder Meeresströmungen, ähnlich dem Mechanismus, der die bunten Zonen und Gürtel erzeugt, die in Jupiters Atmosphäre zu finden sind. Tatsächlich kann das allgemeine Zirkulationsmuster, das in den Ozeanen dieser Monde des äußeren Sonnensystems zu finden ist, bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem des Jupiter-Elternteils aufweisen.
Suyash Bire et al, Erforschung der Ozeanzirkulation auf von unten erhitzten Eismonden, Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten (2022). DOI: 10.1029/2021JE007025
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte hier.