Луна Сатурна Энцелад очаровывает ученых еще с Вояджер 2 Миссия прошла через систему в 1981 году. Тайна только углубилась с момента прибытия Кассини исследование в 2004 году, которое включало обнаружение четырех параллельных линейных трещин вокруг южной полярной области. Эти особенности были названы «тигровыми полосами» из-за их внешнего вида и того, как они выделяются на фоне остальной поверхности.
С момента их открытия ученые пытались ответить, что это такое и что их создало в первую очередь. К счастью, новое исследование, проведенное Научным институтом Карнеги, выявило физику, управляющую этими трещинами. Это включает в себя то, как они связаны с шлейфом Луны, почему они появляются вокруг южного полюса Энцелада и почему другие тела не имеют сходных черт.
Исследование, которое недавно появилось в журнале Природа Астрономияруководил Дугом Хемингуэем - научным сотрудником Карнеги из Департамента земного магнетизма Института. К нему присоединились ученые-планетологи Максвелл Рудольф из Калифорнийского университета Дэвис и Майкл Манга из Калифорнийского университета в Беркли.
Ради их исследования команда использовала геофизические модели Энцелада, чтобы исследовать физические силы, которые позволяли Тигровым Полосам формироваться и оставаться на месте в течение долгого времени. Особый интерес вызвала причина, по которой эти полосы присутствуют только на южном полюсе Луны и почему они расположены так равномерно. Как объяснил Хемингуэй:
«Впервые увиденные миссией Кассини на Сатурне, эти полосы не похожи ни на что в нашей Солнечной системе. Они параллельны и расположены равномерно, около 130 километров в длину и 35 километров друг от друга. Что делает их особенно интересными, так это то, что они постоянно извергаются водяным льдом, даже когда мы говорим. Никакие другие ледяные планеты или луны не имеют ничего подобного им ».
Ответ на первый вопрос оказался довольно интересным. По-видимому, модели показали, что трещины, которые составляют полосы, могли образоваться на любом полюсе, сначала они просто образовались на южном полюсе. С другой стороны, причина их существования связана с взаимодействием Энцелада с Сатурном и эксцентричностью его орбиты.
Чтобы разбить его, Энцеладу требуется чуть больше суток (точнее, 1,37), чтобы завершить одну орбиту Сатурна. Из-за орбитального резонанса среднего движения 2: 1, он имеет с соседним Дионом, что Энцелад испытывает некоторый эксцентриситет на своей орбите (0,0047), простираясь от 236 918 км (147 214 миль) в его самой близкой (периапсис) к 239 156 км (148 605 миль) ) в самом дальнем (апоапсис).
Этот эксцентриситет заставляет Энцелада растягиваться и изгибаться, что приводит к внутреннему нагреву и геотермальной активности. Этот процесс позволяет Энцеладу поддерживать внутренний океан на границе его ядра и мантии. Именно на полюсах наибольшие последствия этой гравитационно-индуцированной деформации ощущаются больше всего, что приводит к более тонкому ледяному покрову и образованию трещин.
Этот процесс также приводит к периодам охлаждения, в течение которых часть подземного океана Энцелада замерзнет. Это оттаивание и замерзание приведут к тому, что ледяной покров будет утолщаться и утончаться снизу, вызывая изменения давления, которые приводят к трещинам. Поскольку ледяной покров на полюсах тоньше, он наиболее подвержен растрескиванию, что ведет к полосам тигра.
Все эти черты берут свои названия из городов, которые включены в арабский сборник народных сказок Арабские ночи: Александрийская борозда, Каирская борозда, Багдадская борозда и Дамасская борозда. Команда считает, что трещина Baghdad Sulcus сформировалась первой и после этого не замерзла снова. Это позволило водяным перьям извергаться изнутри, что в конечном итоге привело к образованию еще трех параллельных трещин.
По существу, после того, как струи воды распыляются с поверхности Луны, они замерзнут в космосе и будут переданы как снег на поверхности. По мере накопления снега по краям трещины в Багдаде, накопленный вес добавил еще один источник давления на ледяной покров. Как объяснил Макс Рудольф, это объясняет не только то, как образовались эти трещины, но и почему они идут параллельно друг другу.
«Наша модель объясняет регулярное расстояние между трещинами», - сказал он. «Это привело к тому, что ледяной покров изогнулся ровно настолько, чтобы образовалась параллельная трещина на расстоянии около 35 километров».
Этот же механизм объясняет, почему трещины Энцелада остаются открытыми и продолжают извергаться со струями воды. Приливное взаимодействие Луны с Сатурном приводит к постоянному циклу растяжения и сгибания. Это предотвращает закрытие трещин и обеспечивает регулярное расширение и сужение трещин.
Относительно того, почему это происходит на Энцеладе, а не на других лунах, таких как Ганимед, Европа, Титан и другие «океанические миры», размер которых уменьшается. Большие луны имеют более сильную гравитацию, которая предотвращает раскрытие трещин, вызванных приливными взаимодействиями, вплоть до внутренней части. Следовательно, Энцелад является единственной известной ледяной луной, где могут встречаться Тигровые Полосы. Как сказал Хемингуэй:
«Поскольку именно благодаря этим трещинам мы смогли отобрать и изучить подземный океан Энцелада, любимый астробиологами, мы подумали, что важно понимать силы, которые их формировали и поддерживали. Наше моделирование физических эффектов, испытываемых ледяной оболочкой Луны, указывает на потенциально уникальную последовательность событий и процессов, которые могли бы позволить существовать этим отличительным полосам ».
В последующие десятилетия можно надеяться, что еще одна миссия может быть отправлена в систему Сатурна, чтобы исследовать Энцелад более подробно. Уже данные получены Кассини подтвердил, что перья, вырывающиеся из его трещин, содержат органические молекулы. Будущие миссии будут пытаться определить, существует ли внеземная жизнь под ледяной поверхностью Луны.
