Dynamique des mondes océaniques probablement contrôlée par leur rotation

Découvrir que bon nombre des grandes lunes du système solaire externe peuvent abriter d’importants océans souterrains d’eau liquide a été une avancée majeure dans la science planétaire. Ces lunes représentent certains des habitats les plus prometteurs pour la vie au-delà de la Terre, mais leur nature cachée rend difficile leur étude directe.

Ces océans semblent avoir des dizaines voire des centaines de kilomètres de profondeur, délimités en haut par une épaisse coquille de glace et en bas par une source de chauffage géothermique. Un élément clé pour comprendre leur nature est de déduire les schémas de circulation océanique, car c’est l’océan qui transporte la chaleur, le sel et les biosignatures potentielles vers la surface, où ils pourraient être détectés par de futures missions spatiales.

Bien que certaines études antérieures aient simulé la dynamique des océans de subsurface, ces calculs se sont appuyés sur des paramètres mal contraints par les observations. Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal of Geophysical Research: PlanètesBire et al ont poursuivi une nouvelle approche en analysant leurs simulations en termes de nombre sans dimension – le nombre de Rossby naturel, qui est un rapport du flux de flottabilité, du taux de rotation de la lune et de la profondeur de l’océan – pour lequel des contraintes d’observation existent.

Les auteurs présentent une série de simulations qui explorent une large gamme de paramètres de profondeur de l’océan, de vitesse de rotation de la lune et de flux de chaleur. Dans le régime des petits nombres de Rossby probablement approprié pour les lunes glacées, le taux de rotation de la lune simulée a un effet important sur la dynamique de l’océan souterrain. Cela contraste avec le modèle actuellement accepté.

Conformément aux arguments ancrés dans la dynamique bien comprise des fluides rotatifs dans une coquille sphérique, la circulation océanique se divise en deux régions. Aux latitudes plus élevées, les panaches convectifs s’étendent vers le haut parallèlement à l’axe de rotation de la lune du bas vers le haut. Mais à des latitudes plus basses, l’eau est transportée longitudinalement autour de la lune et interagit moins fortement avec le fond de l’océan. Ce modèle d’écoulement atténue probablement l’efficacité avec laquelle la chaleur géothermique du plus profond de la lune peut être transférée à travers l’océan jusqu’à la surface. Par conséquent, les régions équatoriales sont moins efficaces que les régions polaires pour le transport de la chaleur, avec des implications importantes pour l’épaisseur de la couche de glace à la surface.

Selon les auteurs, la turbulence créée par le processus convectif global a probablement conduit à la création de bandes de courants océaniques alternatifs, similaires au mécanisme qui génère les zones colorées et les ceintures trouvées dans l’atmosphère de Jupiter. En fait, le modèle de circulation générale trouvé dans les océans de ces lunes du système solaire externe peut présenter une similitude remarquable avec celui du parent jovien.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation d’Eos, hébergée par l’American Geophysical Union. Lire l’histoire originale ici.