Земля и Вселенная. Часть 6-Б. Реален ли приливно-отливный нагрев Энцелада

Часть 6-А. http://artefact-2007.blogspot.ru/2011/12/6.html

    Nikkro

    Почему-то рассуждения о приливных силах как причине нагрева поверхности спутника Сатурна получили широкое распространение. «Теперь ученым осталось определить, из-за чего, собственно, нагревается изнутри Энцелад, ведь его диаметр недостаточен для тектонической активности. Пока преобладает мнение, что нагрев связан с большим эксцентриситетом орбиты Энцелада и вызван приливными силами» - http://www.gazeta.ru/science/2006/06/01_a_652636.shtml. Самое интересное, что это – неприкрытая ложь («Тепловая аномалия Энцелада: «древний океан» или компактный генератор?») http://artefact-2007.livejournal.com/15800.html

http://my.mail.ru/video/mail/pugachev_sergei/10/21.html

    Для иллюстрации реального состояния вопроса ниже приведены выдержки из статьи по наиболее непредвзятому и детальному исследованию возможности приливно-отливного нагрева Энцелада.

    Приливно-отливный нагрев в Энцеладе

    Jennifer Meyer, Jack Wisdom. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA. Received 20 February 2007; revised 3 March 2007. Available online 19 March 2007. Icarus 188 (2007) 535–539. www.elsevier.com/locate/icarus

    Резюме

    Нагрев  Энцелада в равновесной резонансной конфигурации с другими спутниками Сатурна может быть оценен независимо от физических свойств Энцелада. Мы находим, что равновесное приливно-отливное нагревание не может объяснить высокую температуру, которая наблюдается на Энцеладе. Равновесный нагрев в возможных прошлых резонансах аналогично не может объяснить предшествующие повторно повторяющиеся события.

    1. Представление

    Энцелад - загадка. Cassini наблюдал активные гейзеры, исходящие из Энцелада (Porco и другие., 2006). Они состоят почти полностью из водяного пара, с определенно водно-ледяными частицами типичного размера 1 μm. Модели гейзеров предполагают существование жидкой воды близко к поверхности, не более 7 м (Porco и другие., 2006). Дополнительная модель предполагает водяные фонтаны, исходящие из клатратных бассейнов (Kieffer и другие., 2006). Обе модели требуют, чтобы гейзеры вызывались существенным поступлением энергии. Гейзеры происходят из особенностей, называемых “полосы тигра” в южном полярном ландшафте. Высокая температура, исходящая от южного полярного ландшафта, как оценивали, была вызвана потоком мощности 5,8 ± 1,9 GW (Спенсер и другие., 2006). Так что некоторый механизм нагревания обеспечивает ввод приблизительно 6 GW энергии в систему. Оценочная величина нагревания от внутренней (радиогенной) радиоактивности – 0,32 GW, и оценочная величина приливно-отливного нагревания, следующая из маленького орбитального эксцентриситета Энцелада - приблизительно 0,12 GW, для принятых k₂ =0,0018 и Q =20 (Porco и другие., 2006). Так что эти источники нагревания неадекватны поступающей энергии.

    Squyres и другие, (1983) замечают, что, даже если бы текущая величина приливно-отливного нагрева была достаточна, чтобы поддерживать  Энцелад в активном  состоянии, потребовался бы намного больший нагрев, чтобы начать процесс. Они считают, что необходима мощность нагрева порядка 25 GW, чтобы  началось таяние, и предполагают, что она могла бы быть получена при намного большем орбитальном эксцентриситете.

    Четырнадцатый по расстоянию от Сатурна спутник Энцелад (Enceladus): 

Орбита Энцелада. Вид с северного полюса Сатурна. Положение Сатурна и спутников на 05 февраля 2010, время 15:24:18 UTC. 

«NASA | Geyser Moon Enceladus: News From Saturn». 

Схема "работы" внутренностей южного полярного региона Энцелада по версии Ниммо (иллюстрация NASA/JPL). 

    Любой механизм, способный поставлять требуемую величину энергии, должен выдержать “Mимас- испытание” (Squyres и другие., 1983). Mимас имеет древнюю поверхность, но ближе к Сатурну, чем Энцелад, и имеет больший орбитальный эксцентриситет. Любой механизм, который предлагается для объяснения нагрева Энцелада, не должен существенно нагреть Мимас.

    Используя обычную приливно-отливную формулу нагревания (Peale и Cassen, 1978; Peale, 2003), получим оценку приливно-отливного нагрева Мимаса - приблизительно в 11 раз больше нагрева  Энцелада, если жесткость из этих двух тел одинакова. Таким образом обычное приливно-отливное нагревание в текущей орбитальной конфигурации не выдерживает “Мимас-испытание”.

    Один механизм для нагревания Энцелада, который проходит испытание Mимасом -. модель вторичных колебаний орбиты вращения (Wisdom, 2004).

    В соответствии с формой Энцелада, полученной по изображениям “Вояджера“, определено, что частота колебаний малой амплитуды ориентации Энцелада на  Сатурн  была равна 1/3 орбитальной частоты. В пространственной фазе проблемы вращения орбиты около приглушеного синхронного состояния устойчивое состояние равновесия возмущается с утроенным периодом . Если Энцелад был захвачен в этом состоянии возмущения, то величина нагрева могла быть в несколько  раз больше, чем та, что дается обычной приливно-отливной формулой нагрева. Что было особенным в Энцеладе по сравнении с Mимасом, это была его форма. Новые подгонки формы Энцелада к изображениям Cassini показали, что Энцелад не был около вторичного резонанса 3:1, но, что интересно, был около вторичного резонанса 4:1 (Porco и другие., 2006). Подробный анализ показывает, что захваченая в этом вторичном резонансе система могла бы дать в несколько раз большую величину дополнительного нагревание.     К сожалению, предсказанное колебание не было замечено. Верхний предел точности определения величины колебания был 1,5 градуса, который в свою очередь определяет верхний предел нагрева от вторичного механизма резонанса 0.18 GW (Porco и другие., 2006). Так что, если пределы амплитуды колебания надежны, то механизм вторичного резонанса орбиты вращения для существующей системы исключен. Может все же быть возможно, что система находилась в этом резонансе в прошлом. Обратите внимание, что большой нагрев, который следовал бы из колебаний во вторичном резонансе, вызовет уменьшение орбитального эксцентриситета, а при достаточно маленьком эксцентриситете вторичный резонанс становится непостоянным. Таким образом, вторичный механизм резонанса мог самое большее произвести эпизодический нагрев.

    Lissauer и другие. (1984) предположили, что Энцелад мог бы недавно быть вовлечен в средний резонанс 2:1 движения с Янусом. Янус выходит за пределы резонанса из-за возмущений от колец Сатурна. В настоящее время, Янус – находится в 1000 км вне резонанса. Только несколько десятков миллионов лет назад Янус был в резонансе с Энцеладом.

    Если Янус вошел в резонанс, когда эксцентриситет Энцелада был мал, вероятность захвата в резонанс e-Энцелад будет высока.

    Они нашли, что, если бы Янус и Энцелад были захвачены  в резонансе и были в конфигурации равновесия, тогда Энцелад был бы подвергнут нагреву мощностью 4,5 GW, которая является сопоставимой с наблюдаемым нагревом. Но модель имеет многочисленные ограничения (Peale, 2003). Величина массы Януса была пересмотрена в сторону уменьшения, а это ведет к меньшему приливно-отливному нагреванию (см. ниже). Угловой импульс в A-кольце ограничен, так что резонанс мог сохраниться только на ограниченный срок в прошлом. Что более важно, Энцелад показывает свидетельство многократных повторных эпизодов нагрева. Резонанс с Янусом мог самое большее объяснить самую современную деятельность. Кроме того, модель должна обратиться к воздействию, чтобы получить систему из резонанса. Альтернативный предложенный механизм спасения - то, что резонанс  с Янусом стал непостоянным, когда был достигнут резонанс Энцелад-Диона. Но это кажется маловероятным, поскольку Энцелад и Диона - не в глубоком резонансе, и Диона имеет небольшой эффект влияния на орбитальное движение Энцелада в настоящее время (Синклаир, 1983). Может также быть смягчена проблема понижения подразумеваемого эксцентриситета равновесия Энцелада к настоящему низкому значению 0,0047 за короткое время (десятки миллионов лет), так как резонанс был целенаправленно разрушен. Фактически, самый простой сценарий для столкновения Януса с 2:1 e-Энцелада резонансом Янус-Энцелад - то, что Янус только прошел через резонанс с небольшим эффектом воздействия на орбиту Энцелада. В этом сценарии Янус сталкивается с Энцеладом с его текущим эксцентриситетом, но при этом эксцентриситете система имеет низкую вероятность резонансного захвата.

Мы находим, что вероятность захвата при текущем эксцентриситете Энцелада - только 0.7 %.

    Есть и другие возможности, вовлекающие Энцелад в конфигурации резонанса в прошлом (см. рис. 1). Возможно, приливно-отливное нагревание в этих резонансах было ответственно за повторно происходящие события. Эти резонансы включают резонансы 3:2 Mимас-Энцелад и 3:4 Энцелад -Тефия. Если Q Сатурна достаточно малое число, можно было бы столкнуться с многочисленными другими резонансами. Развитие их не было изучено подробно, но мы можем оценивать ожидаемое равновесное приливно-отливное нагревание в то время, когда Энцелад попадал в  резонансы (см. ниже).

    Росс и Schubert (1989) исследовали приливно-отливное нагревание в Энцеладе с использованием мультислоистых вязко-эластичных моделей спутника. Они находят, что равновесный нагрев в гомогенной модели Максвелла с текущим эксцентриситетом может быть такой величины, как 920 GW [загнули, похоже, и очень сильно - прим. переводчика. - При такой мощности он уже должен был давно испариться]. Нагревание пропорционально числу Love спутника, и в вязко-эластичной модели динамическое число Love может быть по порядку величины больше, чем число Love упругой модели. Они также исследуют нагревание в модели двух слоев, состоящих из благоприятной эластичной литосферы,  лежащей на внутреннем ядре Максвелла и трехслойной модели с жидким слоем водного аммиака между литосферой и ядром Максвелла. Эти модели настроены, чтобы дать величину мощности нагрева приблизительно 4 GW, подобно найденой Lissauer и другие, (1984) в их модели Януса. Эти модели требуют низкой проводимости изолирующего слоя. Таким образом, это, кажется, делает возможным для приливно-отливного нагревания, чтобы обеспечить достаточно энергии входа и объяснить наблюдаемое производство энергии от Энцелада.

Рис. 1. Приблизительные местоположения резонансов первого порядка среди спутников Сатурна показываются для Q_S = 18,000. Сдвиг положения резонансов из-за oblateness Сатурна игнорировалось. Также показаны приливно-отливно изменяющиеся орбиты как функция времени. Пунктир показывает синхронный радиус.Минимум Q_S определен, помещая Mимас в синхронном радиусе в начальной Солнечной Системе. Текущие резонансы 2:1 и 4:2 между Энцелад-Диона и Мимас-Tефия не показаны.

    Испытание Mимасом не адресовано этим моделям; кажется вероятным, что если бы подобные вязко-эластичные модели применялись к  Mимасу, тогда было бы такое же большое приливно-отливное нагревание и в Mимасе, противоречащее его холодному бездействующему состоянию. Однако, вязко-эластичное повышение числа Love было представлено как простое решение проблемы нагревания Энцелада (Спенсер и другие., 2006; Stevenson, 2006).

    В этой статье мы вычисляем величины равновесного приливно-отливного нагревания в Энцеладе независимо от физических свойств самого Энцелада, основываясь на законах сохранения энергии и углового момента импульса. Мы находим, что приливно-отливное нагревание в Энцеладе - гораздо меньше, чем наблюдаемая излученная высокая температура.

    Дальше опустим вычисления и формулы и перейдем к результатам и  выводам:

    Мы получили: 1,1 GW для резонанса 2:1 Энцелад -Диона, 0.48 GW для резонанса 3:2 Mимас- Энцелад, и 0.75 GW для резонанса 2:1 Янус- Энцелад. Подразумеваемый нагрев от резонанса Энцелад-Teфия отрицателен; этот резонанс не имеет никакого равновесия, поскольку орбиты отклоняются. Добавление момента вращения внешнего спутника уменьшило нагревание для всех резонансов.

    Для резонансов Энцелад-Диона и Mимас- Энцелад полученные значения - верхние пределы величин нагрева, потому что мы использовали для Q Сатурна более низкое значение, связанное с 18,000. Для большего Q_S, момент вращения и величина нагрева будут пропорционально ниже (см. рис. 3).

    Несолнечная излученная мощность от Энцелада, как оценивают, является 5,8 ± 1,9 GW (Спенсер и другие., 2006). Это больше, чем все равновесные величины нагрева в сумме.

Рис. 3. Сплошная линия показывает k_2E/Q_E, для некоторой текущей конфигурации орбит Энцелада (с эксцентриситетом 0.0047) и Дионы, являющейся приливно-отливным равновесием при данном значении Q_S. Пунктир показывает величину k_2E/Q_E, при использовании формулы Келвина для Love, используя жесткость 4×10⁹ Nm⁻², и Q = 20. Пунктирная линия дает мощность нагрева в равновесии Энцелада H  как функцию Q_S.

    4. Заключение

    Величина нагревания Энцелада в равновесной резонансной конфигурации с другими спутниками Сатурна может быть оценена независимо от физических свойств Энцелада. Наши результаты уточняют значения, полученные для равновесного приливно-отливного нагревания, найденного Lissauer и другие. (1984) и Peale (2003). Мы находим, что равновесное приливно-отливное нагревание не может объяснить высокую температуру, которая наблюдается приходящей от Энцелада, а величина потока мощности - даже меньше, чем для обычных оценок k_2E. Даже при разрешении динамического k_2E намного больше, чем обычного k_2E, как может происходить для вязко-эластичных моделей  (Росс и Schubert, 1989), равновесное приливно-отливное нагревание – меньше, чем высокая температура, наблюдаемая на Энцеладе.

    Возможно только одно решение - то, что приливно-отливное равновесие является непостоянным и что система колеблется около положения равновесия. Yoder (1981) предложил, что Энцелад мог бы колебаться у положения равновесия, если Q Энцелада – зависимо от напряжений в оболочке. Дополнительное предложение было сделано Ojakangas и Stevenson (1986), которые подчеркнули возможную температурную зависимость Q. В этих моделях Энцелад теперь выпустил бы высокую температуру, запасенную в течение недавней высокой степени эксцентриситета. Могут быть другие механизмы, чтобы произвести эпизодическое поведение. Например, возможно Энцелад мог только хранить приливно-отливную высокую температуру, поскольку система развивается монотонно и выпускает тепло эпизодически. Эти механизмы могут быть совместимы с эпизодическим характером повторно происходящих событий как предложено изображениями космического корабля. Но любопытно, что каждый должен обратиться к неравновесию и приливно-отливным колебаниям или эпизодической деятельности, чтобы нагреть и Иo, и Энцелад (Ojakangas и Stevenson, 1986). Если доля времени пребывания в активном состоянии, скажем, порядка 20 % для каждого спутника, то вероятность, что оба сегодня будут найдены в активном состоянии - только 4 %.

    Для спутников Сатурна в прошлом возможны и другие конфигурации резонансов младшего порядка. Они включают резонансы 3:2 Mимас- Энцелад и 3:4 Энцелад-Teфия. Последний резонанс не имеет никакого равновесия, потому что орбиты отклоняются, а предыдущий имеет нагревание в равновесии только 0.48 GW. Так что равновесный нагрев  в прошлых резонансах нисколько не более успешен при объяснении повторно происходящих событий, чем равновесный нагрев - при объяснении существующей деятельности.

    Ссылки:

    Gavrilov, S.V., Zharkov, V.N., 1977. Love numbers of the giant planets. Icarus 32, 443–449.

    Kieffer, S.W., Lu, X., Bethke, C.M., Spencer, J.R., Marshak, S., Navrotsky, A., 2006. A clathrate reservoir hypothesis for Enceladus’ south polar plume. Science 314, 1764–1766.

    Lissauer, J., Peale, S.J., Cuzzi, J., 1984. Ring torque on Janus and the melting of Enceladus. Icarus 58, 159–168.

    Love, A.E.H., 1944. A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity, fourth ed. Dover, New York.

    Ojakangas, G.W., Stevenson, D.J., 1986. Episodic volcanism of tidally heated satellites with application to Io. Icarus 66, 341–358.

    Peale, S.J., 2003. Tidally induced volcanism. Celest.Mech. Dynam. Astron. 87, 129–155.

    Peale, S.J., Cassen, P., 1978. Contribution of tidal dissipation to lunar thermal history. Icarus 36, 245–269.

    Porco, C.C., and 24 colleagues, 2006. Cassini observes the active south pole of Enceladus. Science 311, 1393–1401.

    Ross, M.N., Schubert, G., 1989. Viscoelastic models of tidal heating in Enceladus. Icarus 78, 90–101.

    Schubert, G., Spohn, T., Reynolds, R., 1986. Thermal histories, compositions and internal structures of the Moons of the Solar System. In: Burns, J., Matthews, M. (Eds.), Satellites. Univ. of Arizona, Tucson, pp. 224–292.

    Sinclair, A.T., 1983. A re-consideration of the evolution hypothesis of the origin of the resonances among Saturn’s satellites. In: Markellos, V.V., Kozai, Y. (Eds.), Dynamical Trapping and Evolution in the Solar System. Reidel, Dordrecht, pp. 19–25.

    Spencer, J.R., and 9 colleagues, 2006. Cassini encounters Enceladus: Background and the discovery of a south polar Hot Spot. Science 311, 1401– 1405.

    Squyres, S.W., Reynolds, R.T., Cassen, P.M., Peale, S.J., 1983. The evolution of Enceladus. Icarus 53, 319–331.

    Stevenson, D.J., 2006. How does Enceladus do it? In: AGU Fall Meeting. Abstract P22B-03.

    Wisdom, J., 2004. Spin–orbit secondary resonance dynamics of Enceladus. Astron. J. 128, 484–491.

    Yoder, C.F., 1981. Tidal friction and Enceladus’ anomalous surface. Eos 62, 939.

    Yoder, C.F., Synnott, S.P., Salo, H., 1989. Orbits and masses of Saturn’s coorbiting satellites: Janus and Epimetheus. Astron. J. 98, 1875–1889.

    Источник: http://artefact.mylivepage.ru/file/481/3371

    Ф.Д.: Файл Nikkro по указанной ссылке не скачивается (удален). Первоначальный формат можно просмотреть здесь.

«NASA | Enceladus: Taking the Plunge». 

    Фрагменты поверхности Энцелада

    «Icy craters seen on the surface of Enceladus on March 12, 2008 from a distance of 31,856 kilometers». (NASA/JPL/Space Science Institute).

    «During its very close flyby of Enceladus on March 9, 2005, «Cassini» took high resolution images of the icy moon that are helping scientists interpret the complex topography of this intriguing little world. This scene is an icy landscape that has been scored by tectonic forces. Many of the craters in this terrain have been heavily modified, such as the 10-kilometer-wide (6-mile-wide) crater near the upper right that has prominent north-south fracturing along its northeastern slope. The image was taken in visible light with the narrow angle camera from a distance of about 11,900 kilometers (7,400 miles) from Enceladus. Pixel scale in the image is 70 meters (230 feet) per pixel». (NASA/JPL-Caltech). 

    «A chain of fractured craters seen along the terminator on Enceladus on March 09, 2005. The camera was approximately 17,256 kilometers away». (NASA/JPL-Caltech).    http://www.boston.com/bigpicture/2008/10/enceladus_up_close.html

    «Цепочки из трёх кратеров: Аль-Хаддар (северный), Шахразада (центральный) и Дуниязад (южный)[3]. Признаков того, что они образовались при ударе фрагментов одного тела (наподобие кометы Шумейкеров - Леви 9), нет…» (ru.wikipedia.org). 

    Энцелад оказался схож по составу с кометами

    «Результаты исследования, проведённого при помощи космического зонда «Кассини», показали, что по своему химическому составу спутник Сатурна Энцелад очень сильно напоминает комету.

    Это удивило учёных, так как считается, что спутники планет-гигантов формируются в других условиях.
   12 марта 2008 года «Кассини» пролетел через водяные выбросы с поверхности Энцелада. Кроме водяного пара, инструменты аппарата зафиксировали в них двуокись углерода, метан и некоторые другие, более сложные органические элементы, такие, как пропан. По словам исследователя Хантера Уйте из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас, такого количества органики в гейзерах этого спутника Сатурна, специалисты не ожидали обнаружить. Также выяснилось, что химический состав Энцелада очень схож с составом комет.
   Джулия Кастилло из Лаборатории реактивного движения NASA говорит, что, скорее всего и кометы и Энцелад формировались из одного и того же материала и в них происходили схожие процессы. Это достаточно странно, так как считается, что кометы сформировались вдали от Солнца, рядом с орбитами Нептуна и Урана. Энцелад, в свою очередь, сформировался из облака газа, породившего Сатурн и его основные луны. Таким образом, в первом и во втором случае температура и давление должны были быть разными, так что и состав их должен отличаться.
   Уильям Маккин из Университета им. Вашингтона в Сент Луис, штат Миссури считает, что Энцелад никак не может быть гигантской кометой, притянутой Сатурном. Он, однако, не исключает того, что химические элементы комет присутствовали в газопылевом облаке планеты-гиганта. Или, возможно, Энцелад в период ранней Солнечной системы, подвергся усиленной бомбардировке кометами.
   Во время пролёта этого спутника Сатурна, инфракрасная камера «Кассини» обнаружила выделения тепла в районе южного полюса Энцелада. Температура в районе «тигровых полос» - разломов поверхности космического тела - на 90° превышает температуру в его других регионах». (28 марта 2008 года). http://science.compulenta.ru/

    Ф.Д.: После этого материала напрашивается переход к теме аномальных комет и пересказ некоторых гипотез об их сродстве с астероидами. А к работе генератора энергии в недрах Энцелада еще вернусь. 

    [Комментарий Федора Дергачева:

    Уничтожение (блокировка) хранилища файлов на моем сайте

    «Я обнаружил, что на моем сайте http://artefact.mylivepage.ru/ (был создан в 2007 году, когда у меня был еще псевдоним «uncle_Serg»), где была подобрана библиотека файлов об аномалиях Солнечной системы, пока еще открываются страницы с описанием, но удалены (либо заблокированы) сами файлы.

    В качестве примера можно зайти на страницу описания файла «Реален ли приливно-отливный нагрев Энцелада.doc» и даже ознакомиться со следующей аннотацией:

    «Нагрев Энцелада в равновесной резонансной конфигурации с другими спутниками Сатурна может быть оценен независимо от физических свойств Энцелада. Показано, что равновесное приливно-отливное нагревание не может объяснить высокую температуру, которая наблюдается на Энцеладе. Равновесный нагрев в возможных прошлых резонансах аналогично не может объяснить предшествующие повторно повторяющиеся события».

    Но при попытке скачать указанный файл этого сделать не удастся – и не только незарегистрированному пользователю (а в этом может убедиться каждый). Даже когда я захожу, воспользовавшись паролем, открывается страница с надписью: «Запрашиваемая страница не существует».

    Аналогично заканчиваются попытки (даже владельца сайта) открыть любые другие файлы, размещенные на http://artefact.mylivepage.ru/

    Оставляя в стороне свою эмоциональную оценку уничтожения (либо блокирования) большого количества интереснейших файлов, сообщу, где сохранил копию указанного файла о приливно-отливном нагреве Энцелада.

    Она доступна либо по прямой ссылке, либо в качестве вложения, ссылка на которое можно найти внизу страницы со статьей «Тепловая аномалия Энцелада:«древний океан» или компактный генератор?» 

    Теперь придется решать судьбу десятков других интереснейших файлов, копии которых не были сохранены мной на других Интернет-ресурсах..." (13 января 2014 г., 21:27). plus.google.com 

    Добавление Ф.Д. от 4 июня 2014 года:
    1 июня 2014 портал "mylivepage.ru" был закрыт. Таким образом, статьи и файлы, размещенные на нем, окончательно удалены. plus.google.com ]

    [Последние изменения внесены 4 июня 2014 года]

    «Земля и Вселенная». Часть 7. «Комета Холмса и "Фабрика астероидов"». http://artefact-2007.blogspot.com/2011/12/7.html