Chociaż jest stosunkowo mały, Enceladus – szósty co do wielkości z 83 księżyców Saturna – został uznany przez astronomów za jedno z bardziej fascynujących ciał w naszym Układzie Słonecznym.
Enceladus wyróżnia się na tle innych ciał niebieskich zarówno swoim wyglądem, jak i zachowaniem. Ma najbielszą i najbardziej odbijającą światło powierzchnię, jaką astronomowie do tej pory zaobserwowali. I jest znany z rozpylania maleńkich lodowych cząstek krzemionki – jest ich tak wiele, że cząstki te są ważnym składnikiem drugiego najbardziej zewnętrznego pierścienia wokół Saturna, jego tak zwanego pierścienia E.
Enceladus jest określany jako „świat oceanów”, ciało niebieskie ze znaczną ilością wody w stanie ciekłym. Ale w przeciwieństwie do oceanów na Ziemi, które znajdują się na powierzchni planety, ocean Enceladusa jest chroniony grubą warstwą lodu. Lód nie zatrzymuje jednak całkowicie oceanu: niektóre materiały z wodnistej przestrzeni są uwalniane w pobliżu cieplejszego bieguna południowego Enceladusa z dużych pęknięć w lodzie, znanych jako „tygrysie paski”.
Cząsteczki krzemionki wyrzucane przez Enceladusa rozpoczynają swoją podróż na dnie morskim, daleko pod powierzchnią Księżyca – i do tej pory naukowcy nie wiedzieli, jak to się dzieje ani jak długo trwa ten proces.
Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z UCLA daje kilka odpowiedzi. Badania pokazują, że ogrzewanie pływowe w skalistym jądrze Enceladusa wytwarza prądy, które transportują krzemionkę, która prawdopodobnie jest uwalniana przez głębinowe kominy hydrotermalne w ciągu zaledwie kilku miesięcy.
Badanie zostało opublikowane w Communications Earth & Environment.
Ashley Schoenfeld, doktorantka nauk planetarnych z UCLA, kierowała grupą, która analizowała dane dotyczące orbity Enceladusa, jego oceanów i geologii, które zostały zebrane przez sondę kosmiczną Cassini należącą do NASA. Naukowcy stworzyli teoretyczny model, który mógłby wyjaśnić transport krzemionki przez ocean.
Aktywna geologia Enceladusa jest napędzana przez siły pływowe podczas okrążania Saturna – księżyc jest szarpany i zgniatany przez grawitację. To odkształcenie powoduje tarcie zarówno w skorupie lodowej księżyca, jak i jego głębokim, skalistym jądrze. Nowy model wykazał, że tarcie nagrzewa dno oceanu na tyle, aby wytworzyć prąd, który przenosi cząsteczki krzemionki w kierunku powierzchni.
„Nasze badania pokazują, że przepływy te są wystarczająco silne, aby podnieść materiały z dna morskiego i przenieść je do skorupy lodowej, która oddziela ocean od próżni kosmicznej” – powiedział Schoenfeld. „Pęknięcia w paski tygrysie, które przecinają skorupę lodową do tego podpowierzchniowego oceanu, mogą działać jako bezpośrednie kanały dla przechwyconych materiałów, które mają zostać wyrzucone w przestrzeń kosmiczną. Enceladus daje nam bezpłatne próbki tego, co jest ukryte głęboko pod powierzchnią”.
Cassini znalazła znaczne ilości gazowego wodoru w pióropuszach, które wraz z krzemionką stanowią przekonujący dowód na aktywność hydrotermalną na dnie oceanu. Model teoretyczny opracowany przez zespół kierowany przez UCLA wzmacnia tę hipotezę, demonstrując wiarygodne ramy czasowe procesu i przekonujący mechanizm, który wyjaśniałby, dlaczego pióropusze zawierają krzemionkę. Model pomógłby również wyjaśnić, dlaczego inne materiały są transportowane na powierzchnię wraz z cząstkami krzemionki.
„Nasz model zapewnia dalsze wsparcie dla idei, że turbulencje konwekcyjne w oceanie skutecznie transportują niezbędne składniki odżywcze z dna morskiego do skorupy lodowej” – powiedziała druga autorka Emily Hawkins, absolwentka UCLA, która jest obecnie adiunktem fizyki na Uniwersytecie Loyola Marymount.
Na Ziemi podobne głębinowe kominy hydrotermalne są siedliskiem wielu fascynujących organizmów, które odżywiają się minerałami, które uwalniają.
W przyszłości statki kosmiczne mogą zebrać więcej danych, aby umożliwić naukowcom dalsze badanie fizycznych i chemicznych właściwości potencjalnych systemów kominów hydrotermalnych Enceladusa. Aby ustalić, czy te otwory wentylacyjne mogą podtrzymywać życie, naukowcy musieliby przetestować pióropusze pod kątem chemicznych śladów aktywności biologicznej, znanych jako biosygnatury; nowe badanie oferuje pewne wskazówki, które powinny pomóc w poszukiwaniu tych biosygnatur.
Plany NASA na następną dekadę obejmują misje, które przelatują obok, orbitują i lądują na Enceladusie, aby zebrać więcej informacji. Zespół kierowany przez UCLA planuje opracować dodatkowe modelowanie, które mogłoby pomóc w kształtowaniu planów tych misji.
Inni autorzy artykułu to Krista Soderlund i Erin Leonard, absolwenci UCLA, którzy są obecnie naukowcami odpowiednio na University of Texas, Austin i Jet Propulsion Laboratory. Badania sfinansowała Narodowa Fundacja Nauki.