Титан, двигаясь по эллиптической орбите вокруг Сатурна, то немного приближается к нему, то удаляется, испытывая воздействие то более сильных, то более слабых приливных сил. Приливные силы деформируют поверхность Титана, приводя к периодическим вертикальным движениям ледяной коры. Амплитуда этих движений может значительно увеличиваться, если частота воздействия приливных сил (обратная значению орбитального периода Титана) окажется близкой к резонансным частотам колебаний в подледном океане. Если океан полностью перемешан и градиента солености нет, то для попадания в резонанс необходима глубина океана меньше 1 км, что не согласуется со всеми остальными параметрами недр Титана. Однако если в океане есть градиент солености порядка 1 г/л каждые 100 км, резонанс достигается при реалистичных значениях глубины океана. Резонансное усиление гравитационных волн приводит к увеличению темпов рассеяния приливной энергии и дополнительному разогреву, препятствующему замерзанию воды.

Авторы построили модель Титана, включающую жидкий океан глубиной 50-300 км (эта величина варьировалась при расчетах) с жестким дном, покрытый ледяной корой толщиной 100 км. Соленость воды принималась равной нулю на верхней границе, соприкасающейся с ледяной корой, далее она росла линейно и достигала 0.8-1.5 г/л у дна в случае океана 100-километровой глубины и 2.3-4.4 г/л в случае океана 300-километровой глубины. В этом случае резонансное усиление гравитационных волн на несколько десятков процентов увеличивает число Лява относительно нерезонансного значения 0.42, приводя к согласию с наблюдениями. Амплитуда вертикальных движений ледяной коры Титана в этом случае составит 26-40 метров.

Таким образом, наблюдаемое большое число Лява для Титана может объясняться не высокой соленостью морской воды, а вертикальным градиентом солености, при этом сама соленость может быть даже меньше, чем в океанах Земли. 

Конечно, нельзя утверждать, что авторы доказали низкую соленость подледного океана Титана, но они показали, что это весьма вероятно. Для проверки их предсказаний необходимы новые данные. Механизм, действующий в недрах Титана, может действовать и в недрах галилеевых спутников Юпитера. Миссии JUICE и Europa Clipper смогут измерить число Лява Европы и Ганимеда с точностью лучше 2%. Независимое радарное зондирование позволит определить толщину коры и другие характеристики, и подтвердить наличие или отсутствие вертикальной стратификации подледных океанов на крупных ледяных спутниках.

Источник: https://arxiv.org/pdf/2312.05723.pdf