Когда Кассини Миссия прибыла в систему Сатурна в 2004 году, она обнаружила нечто довольно неожиданное в южном полушарии Энцелада. Из сотен трещин, расположенных в полярной области, периодически выделялись струи воды и органических молекул. Это было первым признаком того, что луна Сатурна может иметь внутренний океан, вызванный гидротермальной активностью вблизи границы ядро-мантия.
Согласно новому исследованию, основанному на Кассини По данным, полученным до погружения в атмосферу Сатурна 15 сентября, эта деятельность могла продолжаться в течение некоторого времени. Фактически, исследовательская группа пришла к выводу, что если ядро луны достаточно пористое, оно могло бы генерировать достаточно тепла, чтобы поддерживать внутренний океан в течение миллиардов лет. Это исследование является самым обнадеживающим признаком того, что внутренняя часть Энцелада может поддерживать жизнь.
Исследование, озаглавленное «Усиление длительной гидротермальной активности внутри Энцелада», недавно появилось в журнале. Природа Астрономия. Исследование было проведено Гаэлем Чобле, исследователем из Лаборатории планет и геодинамики в Нантском университете, и включало сотрудников Лаборатории реактивного движения НАСА, Университета Чарльза, а также Института наук о Земле и Лаборатории гео- и космохимии в университете. Гейдельберг.
До Кассини Ученые верили, что поверхность этой луны состоит из твердого льда. Только после того, как они обратили внимание на активность шлейфа, они поняли, что в его глубине струи воды простирались вплоть до океана с теплой водой. Из данных, полученных Кассини, ученые даже смогли сделать обоснованные предположения о том, где лежит этот внутренний океан.
В общем, Энцелад - сравнительно маленькая луна, ее диаметр около 500 км (311 миль). На основании измерений силы тяжести, выполненных Кассини, его внутренний океан, как полагают, лежит под ледяной внешней поверхностью на глубине от 20 до 25 км (от 12,4 до 15,5 миль). Однако этот поверхностный лед утоняется до 1-5 км (0,6-3,1 мили) над южной полярной областью, где струи воды и ледяных частиц струятся сквозь трещины.
Основываясь на том, как Энцелад вращается вокруг Сатурна с определенным колебанием (он же либрация), ученые смогли оценить глубину океана, которую они размещают на расстоянии от 26 до 31 км (от 16 до 19 миль). Все это окружает ядро, которое, как считается, состоит из силикатных минералов и металла, но также является пористым. Несмотря на все эти выводы, источник внутреннего тепла остался чем-то открытым.
Этот механизм должен был бы быть активным, когда луна образовалась миллиарды лет назад и все еще активна сегодня (о чем свидетельствует текущая активность шлейфа). Как доктор Чоблет объяснил в заявлении ЕКА для прессы:
«Где Энцелад получает постоянную силу, чтобы оставаться активным, всегда было немного загадкой, но сейчас мы более подробно рассмотрели, как структура и состав скалистого ядра Луны могут сыграть ключевую роль в выработке необходимой энергии».
В течение многих лет ученые предполагали, что приливные силы, вызванные гравитационным влиянием Сатурна, ответственны за внутреннее нагревание Энцелада. Считается, что способ, которым Сатурн толкает и тянет Луну по эллиптическому пути вокруг планеты, также вызывает деформацию ледяной оболочки Энцелада, вызывая трещины вокруг южной полярной области. Считается, что именно эти механизмы ответственны за внутренний теплый океан Европы.
Однако энергия, создаваемая приливным трением во льду, слишком слаба, чтобы уравновесить потерю тепла, наблюдаемую океаном. С такой скоростью, как океан Энцелада теряет энергию в космосе, вся луна замерзнет в течение 30 миллионов лет. Точно так же естественный распад радиоактивных элементов в ядре (что было предложено и для других лун) также примерно в 100 раз слабее, чтобы объяснить внутреннюю и факельную деятельность Энцелад.
Чтобы решить эту проблему, доктор Чоблет и его команда провели моделирование ядра Энцелада, чтобы определить, какие условия могут допускать приливное нагревание в течение миллиардов лет. Как они утверждают в своем исследовании:
«В отсутствие прямых ограничений на механические свойства ядра Энцелада мы рассматриваем широкий диапазон параметров для характеристики скорости приливного трения и эффективности переноса воды пористым потоком. Неконсолидированное ядро Энцелада можно рассматривать как очень гранулированный / фрагментированный материал, в котором приливная деформация, вероятно, связана с межзеренным трением во время перегруппировок фрагментов ».
Они обнаружили, что для того, чтобы Кассини Следует подтвердить, что ядро Энцелада должно быть сделано из неуплотненной, легко деформируемой, пористой породы. Это ядро может быть легко пропитано жидкой водой, которая будет просачиваться в ядро и постепенно нагреваться за счет приливного трения между осколками скользящей породы. Как только эта вода достаточно нагреется, она поднимется вверх из-за разницы температур с окружающей средой.
Этот процесс в конечном счете передает тепло внутреннему океану в узких перьях, которые поднимаются к ледяной раковине Энцелада. Оказавшись там, он вызывает таяние поверхностного льда и образование трещин, через которые струи проникают в космос, извергая воду, частицы льда и гидратированные минералы, которые пополняют электронное кольцо Сатурна. Все это согласуется с наблюдениями, сделанными Кассини, и является устойчивым с геофизической точки зрения.
Другими словами, это исследование может показать, что действие в ядре Энцелада может привести к необходимому нагреву для поддержания глобального океана и активности шлейфа. Поскольку это действие является результатом структуры ядра и приливного взаимодействия с Сатурном, совершенно логично, что оно происходит в течение миллиардов лет. Таким образом, это исследование не только дает первое связное объяснение деятельности шлейфа Энцелада, но и является убедительным показателем обитаемости.
Как ученые пришли к пониманию, жизнь занимает много времени, чтобы начать. По оценкам, на Земле первые микроорганизмы возникли через 500 миллионов лет, и считается, что гидротермальные жерла сыграли ключевую роль в этом процессе. Потребовалось еще 2,5 миллиарда лет для развития первой многоклеточной жизни, а наземные растения и животные существуют только в течение последних 500 миллионов лет.
Знание того, что такие спутники, как Энцелад - который обладает необходимым химическим составом для поддержания жизни, - также обладало необходимой энергией на протяжении миллиардов лет, поэтому очень обнадеживает. Можно только представить, что мы найдем, когда будущие миссии начнут более внимательно изучать его шлейфы!
