Πώς θερμαίνουν οι πλανήτες τους δορυφόρους τους ;

Εκ πρώτης όψεως, ο ισχυρισμός ότι ένας πλανήτης μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία ενός δορυφόρου του μοιάζει με ασυναρτησία. Αν μάλιστα ισχυριστεί κανείς ότι το εσωτερικό του δορυφόρου είναι αυτό που θα θερμανθεί, τότε η κατάσταση γίνεται χειρότερη για τον συνολικό ισχυρισμό, καθώς αφήνει την εντύπωση ότι έρχεται σε σύγκρουση με την κοινή λογική. Και όχι άδικα, αφού οι επίγειες εμπειρίες μας λένε ότι ένα σώμα θερμαίνεται είτε όταν έρχεται σε επαφή με ένα θερμότερο σώμα, είτε όταν βρίσκεται σε ικανοποιητικά κοντινή απόσταση από ένα σώμα που εκπέμπει ενέργεια (δηλαδή φωτόνια). Η πρώτη περίπτωση καταρρίπτεται εύκολα, αφού ο πλανήτης και ο δορυφόρος είναι ξεκάθαρα δύο σώματα που δε βρίσκονται σε επαφή. Η δεύτερη, απορρίπτεται γιατί πολύ απλά τα νούμερα “δεν βγαίνουν”: η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπει ένας πλανήτης δεν μεταφέρει αρκετή ενέργεια για να θερμάνει ουσιαστικά τον δορυφόρο του, πόσο μάλλον το εσωτερικό του! Τι θα μπορούσε λοιπόν να δικαιώσει τον αρχικό ισχυρισμό;

Η βαρύτητα!

Για να καταλάβουμε το γιατί, πρέπει να ξεκινήσουμε από ένα από τα πιο συναρπαστικά φαινόμενα στον κόσμο της αστρονομίας: την παλίρροια.

Οι δορυφόροι, όπως όλα τα ουράνια σώματα άλλωστε, έχουν πεπερασμένες διαστάσεις. Αυτό σημαίνει ότι, καθώς γυρίζουν γύρω από τον πλανήτη τους πάντα θα υπάρχει μια πλεύρα τους η οποία θα βρίσκεται πιο κοντά σε αυτόν με την αντιδιαμετρική πλευρά να βρίσκεται μακρύτερα. Είναι επίσης γνωστό ότι η δύναμη της βαρύτητας εξασθενεί με την απόσταση, συνεπώς η κοντινότερη στον πλανήτη πλευρά θα αισθάνεται μεγαλύτερη δύναμη από την πιο μακρινή, με αποτέλεσμα την παραμόρφωση του δορυφόρου προς ένα ελλειψοειδές (Εικόνα 1) σχήμα*. Το ίδιο όμως ισχύει και για όλα τα εσωτερικά στρώματά του. Αν επιπλέον αυτά βρίσκονται σε ρευστή κατάσταση (μάγμα), τότε θα είναι πιο ευάλωτα στην επίδραση των παλιρροϊκών δυνάμεων, με λίγα λόγια πιο ευκίνητα! 

Σημειώνοντας αυτήν την πληροφορία, ας προχωρήσουμε και ας θυμηθούμε ότι σύμφωνα με τον Κέπλερ, η τροχιά ενός παγιδευμένου βαρυτικά σώματος σχηματίζει έλλειψη, με το βαρύτερο σώμα να βρίσκεται στη μία εστία της. Πρακτικά μιλώντας, καθώς κινείται πάνω στην τροχιά του ο δορυφόρος, η απόστασή του από τον πλανήτη αυξομειώνεται και επομένως και η δύναμη της βαρύτητας που θα δέχεται η κοντινότερη και η απώτερη -κάθε φορά- πλευρά του. Θα υπάρχει λοιπόν μια επιπλέον “κινητικότητα” μέσα στο εσωτερικό του δορυφόρου καθώς διαγράφει την τροχιά του. Αυτή η κίνηση αντιστοιχεί προφανώς σε μια κινητική ενέργεια του υλικού στα εσωτερικά του στρώματα, ένα μέρος της οποίας θα μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω της τριβής. Με αυτόν τον τρόπο συνεπώς, η βαρύτητα προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας, επιβεβαιώνοντας τον αρχικό ισχυρισμό! Από συνολικής ενεργειακής άποψης, η ενέργεια που αποκτά λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας προέρχεται από την τροχιακή ενέργεια** του συστήματος, και την ενέργεια ιδιοπεριστροφής του ίδιου του δορυφόρου. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως “παλιρροϊκή θέρμανση”, αποτελεί σημαντικό μέρος της διαδικασίας που διαμορφώνει τη φυσική και γεωλογική εξέλιξη των δορυφόρων των πλανητών.

Κλείνοντας, αξίζει να αναφέρουμε ότι παλιρροϊκή θέρμανση έχει παρατηρηθεί στο ηλιακό μας σύστημα. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η Ιώ, ένας από τους

πάμπολλους δορυφόρους του Δία, η οποία αποτελεί ίσως το πιο ενεργό γεωλογικά σώμα της γειτονιάς μας, ακριβώς εξαιτίας της παλιρροϊκής της θέρμανσης! Χάρη σε αυτήν, είναι ηφαιστειογενής σε μεγάλο βαθμό (Εικόνα 2), με την επιφάνειά της να κατακλύζεται και να σμιλεύεται συνεχώς από τη θειούχα λάβα που πηγάζει από τα έγκατά της. Η επιρροή της όμως δεν περιορίζεται μόνο επί της Ιούς, καθότι το ηφαιστειακό υλικό που εκτοξεύεται επηρεάζει και τη μαγνητόσφαιρα του Δία, σχηματίζοντας “νησίδες” πλάσματος σε αυτήν.

* Οι παλιρροϊκές δυνάμεις, ως απόρροια της βαρύτητας, είναι αμφίδρομες: ασκούνται με τον ίδιο τρόπο και στον πλανήτη. Το αποτέλεσμά τους ωστόσο είναι λιγότερο επιδραστικό για τον πλανήτη δεδομένης της μεγαλύτερης μάζας του.

** Ένα ακόμη παρελκόμενο του μηχανισμού μετατροπής της ενέργειας σε θερμότητα είναι η μείωση της εκκεντρότητας της τροχιάς του δορυφόρου. Με απλά λόγια, η τροχιά γίνεται ολοένα και λιγότερο ελλειπτική, τείνοντας να γίνει τελείως κυκλική (μηδενική εκκεντρότητα), που αντιστοιχεί σε χαμηλότερη τροχιακή ενέργεια.