Niedawno pożegnaliśmy się z sondą Cassini, która po 13 latach wiernej służby na orbicie Saturna i jego satelitów zeszła bezpośrednio w otchłań atmosfery gigantycznej planety. Powodem tego wielkiego finału było ostrzeżenie o możliwości zderzenia się Cassini z jednym z księżyców Saturna - w szczególności Enceladusem.
Enceladus wyróżnia się kurtyną złożoną z gejzerów i oceanu śródlądowego. Dziś ten malutki lodowaty księżyc jest uważany za potencjalne siedlisko życia, więc nie mogliśmy pozwolić, aby został skażony przez sondę Cassini. Nowe badania, opublikowane w Nature Astronomy, sugerują, że ocean ten istniał pod powierzchnią Enceladusa przez bardzo długi czas - wystarczająco długo, aby zapewnić wszystkie warunki do rozwoju życia.
Gejzery Enceladus to emisje słonych mieszanin wody i lodu ze śladami dwutlenku węgla, amoniaku, metanu i innych węglowodorów, które wybuchają z pęknięć w południowo-polarnym regionie Enceladus. To właśnie z powodu tych gejzerów naukowcy zdecydowali, że Enceladus musi mieć ocean podpowierzchniowy i że ocean ten jest aktywny (konwekcyjny). Późniejsza obserwacja wykazała, że w emisjach obecny był wodór, co doprowadziło do dodatkowego wniosku o aktywności hydrotermalnej - reakcjach chemicznych na skutek interakcji wody i skał. Jednak naukowcy nie byli w stanie wyjaśnić, jakiego rodzaju źródło ciepła może prowadzić do takiej aktywności.
Po dodatkowych obserwacjach tajemnica brakującego źródła ciepła tylko się pogłębiła. Gejzery kojarzone są z tak zwanymi „pasami tygrysimi” - układem czterech równoległych uskoków na powierzchni o długości 100 kilometrów i głębokości 500 metrów. Te pasma są gorętsze niż reszta skorupy lodowej, więc miały być pęknięciami w lodzie. W obszarze pasów tygrysich prawie nie ma kraterów uderzeniowych, więc muszą być bardzo młode, rzędu miliona lat. Każdy model, który mógłby wyjaśnić źródło ciepła, musiałby również uwzględniać jego skoncentrowaną naturę - światowy ocean, ale dlaczego aktywny jest tylko region polarny południowy?
Przez kilka lat z rzędu naukowcy preferowali wyjaśnienie „ogrzewania pływowego” - będącego wynikiem interakcji ciał o rozmiarach planetarnych. Na przykład interakcja pływowa z naszym własnym księżycem jest odpowiedzialna za przypływy i odpływy wody na Ziemi. Enceladus znajduje się w orbitalnym rezonansie z księżycem Dione, co wpływa na kształt orbity Enceladusa wokół Saturna. Ale ten wpływ nie wystarczy, aby wyjaśnić moc potrzebną do utrzymania aktywności gejzerów - około 5 GW. To wystarczyłoby dla miasta wielkości Sankt Petersburga.
Porowaty rdzeń
Film promocyjny:
Naukowcy byli bliscy rozwiązania zagadki, gdy przyjrzeli się wewnętrznej strukturze Enceladusa. Ten księżyc ma wystarczająco niską gęstość, że składa się głównie z lodu z małym litym jądrem. Było to rozważane przez wiele lat, odkąd Voyager 2 wykonał pierwsze zdjęcia Enceladusa i określił jego promień, a następnie objętość. Przyciąganie grawitacyjne Enceladusa do Cassini umożliwiło oszacowanie masy księżyca i wyznaczenie wartości gęstości ciała. Pomiary Cassiniego wykazały również, że rdzeń ma niską gęstość, co sugeruje, że rdzeń jest porowaty, z porami wypełnionymi lodem.
Nowa seria obliczeń wypełnia pory rdzenia wodą, a nie lodem, ponieważ siły pływowe związane z wodą w porach są więcej niż wystarczające, aby wyjaśnić, w jaki sposób wytwarzane jest ciepło Enceladusa. Model jest doskonały, ponieważ wyjaśnia nie tylko porowatość rdzenia, ale także jego przepuszczalność (jak łatwo ciecz przez niego przechodzi) i wytrzymałość (czy pęknie, gdy ciecz przepłynie?).
Połączenie wszystkich tych parametrów w jednym równaniu pozwala na rozwiązanie tego problemu poprzez stworzenie eleganckiego modelu przepływu ciepła wewnątrz Enceladusa.
Autorzy pracy tworzą trójwymiarowy obraz tego, gdzie i kiedy ciepło ruchów pływów w porowatych przestrzeniach jest przenoszone do podpowierzchniowego oceanu. Dystrybucja ciepła w rdzeniu nie jest równomierna, ale raczej w procesie połączonych wąskich pięter, głównie na biegunie południowym. A ponieważ źródła ciepła (które osiągają 85 stopni Celsjusza) są tak skoncentrowane, w ich pobliżu musi występować zwiększona aktywność hydrotermalna, co tłumaczy wodór w erupcjach.
Wreszcie, uderzająca obserwacja, jakiej można dokonać podczas analizy tego modelu, polega na tym, że ilość ciepła wytwarzanego przez wewnętrzny przypływ jest wystarczająca, aby utrzymać podziemny ocean Enceladusa przez miliardy lat. Powstaje kolejne pytanie: co to wszystko oznacza dla życia na Enceladusie? Ciepły światowy ocean, który istniał przez kilka miliardów lat, stałby się wspaniałą kolebką życia - na Ziemi przejście z mikrobów w ssaki zajęło mu tylko 640 milionów lat. Niestety, sam Enceladus może być dość młody - mógł powstać zaledwie 100 milionów lat temu. Czy to wystarczająco dużo czasu na życie?
Może. Najprawdopodobniej życie na Ziemi powstawało przez kilkaset milionów lat w znacznie surowszych warunkach ciężkiego bombardowania. Ale potem poszerzenie obszarów wpływów zajęło kolejne 3500 milionów lat. Może to będzie przyszłość Enceladusa. Może ten satelita nie stanie się planetą małp, ale planetą syren?
Ilya Khel
