Kuun törmäykset eivät aina tuhoa täysin sisäisiä meriä

Kuvittele kuu, joka revitään kappaleiksi jääisiä sirpaleita ja kiveä, ja joka sitten hitaasti kootaan uudelleen kuin rikottu kello. Se kuulostaa kohtalokkaalta. Mutta uusi simulaatioiden sarja vihjaa, että tuho ei aina tarkoita valtameren loppua.

Marylandin yliopiston johtama tutkijaryhmä, raportoi Nature Astronomy -lehdessä, yhdisti kaksi hyvin erilaista mallityyppiä: dramaattiset törmäyssimulaatiot ja pitkäaikaisen sisäisen kehityksen mallinnuksen. Tavoite oli yksinkertainen ja tyypillisen ihmismäinen: voisiko kuu, joka on hajotettu, silti kätkeä sulan veden kuorensa alle jälkeenpäin?

"Suuri kysymys, jonka esitimme, oli se, auttavatko nämä tuhot kuita säilyttämään valtameriä jälkeenpäin vai pyyhkäävätkö ne meren pois ja palauttavatko kuun kylmäksi, kuolleeksi maailmaksi", sanoi Marc Neveu, tutkimuksen pääkirjoittaja ja tähtitieteen apulais­tutkija Marylandin yliopistossa. Heidän vastauksensa oli yllättävän jyrkkä: jos kuulla oli valtameri ennen, sillä todennäköisesti on sellainen myös jälkeen. Jos se oli aiemmin jäätynyt, romahdus ei yleensä elvytä sitä.

Tiimi mallinsi kuita, joiden halkaisija oli noin 500 ja 1 000 kilometriä (noin 310 ja 620 mailia), ja lähetti pienempiä törmäyksen aiheuttajia nopeuksilla ja energioilla, jotka riittivät täysin hajottamaan ne. Törmäyssimulaatiot seurasivat miljoonia sirpaleita niiden kuumetessa, törmäillessä ja lopulta yhdistyessä uudelleen yhdeksi kappaleeksi. Tämä lopputulos syötettiin erilliseen malliin, joka seurasi lämmönsiirtoa, eriytymistä ja mahdollista sulamista 4,5 miljardin vuoden ajan.

Paholainen, kuten usein, piilee yksityiskohdissa. Suurten kuiden kohdalla katastrofaalisen törmäyksen energia voi itse asiassa paksuntaa olemassa olevaa valtamerta, pitäen nestemäistä vettä pari miljardia vuotta pidempään kuin jos törmäystä ei olisi tapahtunut. Pienempien kuiden kohdalla tarina kääntyy: niiden ulommat kerrokset ovat tyypillisesti kiven ja jään sekamelskaa, joka toimii eristävänä peitteenä. Voimakas törmäys repii tuon peitteen; kun palaset asettuvat, kivi uppoaa ja jää kelluu, jättäen puhtaamman, kerrostuneen kuoren, joka johtaa lämpöä helpommin ja vaikeuttaa sisäisen valtameren ylläpitämistä.

Mutta tuo jako tulee tärkeällä lisäyksellä. Vuorovesilämmitys (planeetan ja muiden kuiden aiheuttama kuun taivutus ja vaivaaminen gravitaatiovoimien vaikutuksesta) voi hallita kuun lämpötasapainoa. Radan muutokset tai resonanssi-interaktiot voivat lisätä tai vähentää lämmitystä, ja nuo radan siirtymät sekä aiheuttavat että seuraavat törmäyksiä. Kokonaiskuvan, sanoo Neveu, saamiseksi tarvitaan simulaatio, joka seuraa kuiden liikettä, törmäyksiä ja ikääntymistä yhtenä jatkuvana prosessina.

Havaintovihjeitä on, että menneisyyden törmäykset ovat jättäneet jälkiä. Saturnuksen Rhea, esimerkiksi, kantaa oudon pehmeitä kraattereita, piirteitä jotka näyttävät siltä kuin pinnan lähellä oleva jää olisi osittain rentoutunut tai virrannut lämmettyään alhaalta päin. Neveu vertaa sitä lumiukon veltostumiseen lämpimän kauden jälkeen; tässä lämpö olisi tullut kuun sisältä, mahdollisesti pitkään aikaan sitten tapahtuneen törmäyksen mahdollisesti vahvistamana.

Näillä tuloksilla on merkitystä myös akateemisen uteliaisuuden ulkopuolella. Ne vaikuttavat siihen, mihin planeettatieteilijät suuntaavat kaukoputkensa ja avaruusaluksensa. Tutkimuksen vaikutukset ulottuvat moniin kiinnostaviin kohteisiin: Saturnuksen keskikokoisiin kuita kuten Mimas, Enceladus, Tethys, Dione ja Rhea; Uranuksen Mirandaa, Arielia, Umbrielia, Titaniaa ja Oberonia; sekä Neptunuksen Tritonia. Jos törmäykset harvoin sterilisoivat valtameriä, niin suurempi osa näistä maailmoista säilyy mahdollisina mikrobielämän elinympäristöinä.

Miten sen sitten tunnistaisimme? Alapinnan vedet voivat antaa merkkejä itsestään useilla tavoilla: hienovaraiset gravitaatiovariaatiot, pinnalle kertyneet suolaiset jäämät tai kryovulkaaniset purkaukset, jotka heittävät sisäistä ainetta avaruuteen. Jokainen havaintotapa vaatii erilaisia instrumentteja ja tehtävästrategioita ja erilaisia odotuksia siitä, mitä saatamme löytää. Pienen mikrobipesäkkeen havaitseminen vaatii tietynlaista herkkyyttä; monimutkaista kemiaa sisältävän valtameren löytäminen vaatii toisenlaista lähestymistapaa.

Tämä työ laajentaa pelialuetta. Se kertoo, että murskatut kuut eivät välttämättä ole kuolleita, ja että kosmisen väkivallan arvet voivat kätkeä jatkuvaa, hitaan palamisen tyyppistä asumiskelpoisuuden potentiaalia. Seuraava askel on mallintaa kokonaisia kuujärjestelmiä, eli seurata ratoja, törmäyksiä ja sisäistä kehitystä yhdessä, jotta kun luotain saapuu jäätyneelle maailmalle, se kantaa mukanaan paitsi instrumentteja myös terävämmän käsityksen siitä, mitä tuo maailma on kokenut ja mitä se saattaa edelleen piilotella jään alla.