Спутник Сатурна Энцелад известен своими гейзерами. Традиционно считается, что их источником являются геотермальные бассейны с теплой водой. Однако есть гипотеза, что на самом деле они могут происходить из зон интенсивного трения, где материал находится в состоянии ледяной каши.
Гейзеры Энцелада
На орбите Сатурна вращаются 146 спутников, из которых Энцелад является шестым по размеру — около 500 км в диаметре. Этот маленький ледяной спутник характеризуется белой поверхностью, хорошо отражающей свет, и гейзероподобными струями, которые выбрасывают лед и водяной пар на сотни километров в космос с его южного полюса.
Космический аппарат NASA Cassini обнаружил эти струи в 2005 году, а затем продолжил исследования в 2008, 2009 и 2015 годах. В результате ученые обнаружили, что горячие воды, богатые минералами, имеют необходимые для жизни компоненты, несмотря на то, что поверхность луны достигает экстремальных температур в –201°C.
Большой подземный океан, охватывающий примерно 20 млн км3, обычно считается основным источником гейзеров Энцелада, которые извергаются через разломы в коре. Это объясняется соленостью отобранного материала и цикличностью шлейфов, что соответствует орбите луны вокруг Сатурна, со связанными с этим нагревом и охлаждением.
Новая теория происхождения струй
Однако новое исследование профессора Колина Мейера (Colin Meyer) из Дартмутского колледжа, США, и его коллег, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, предлагает альтернативное объяснение.
«Космический аппарат Cassini пролетел через один из шлейфов Энцелада и измерил органику, возможный признак жизни, что делает эти гейзеры уникальными и важными для астробиологии. Этот материал шлейфа происходит из потенциально пригодного для жизни океана под ледяной оболочкой, поэтому мы хотим понять, как формируются гейзеры, чтобы определить, является ли Энцелад пригодным для жизни», — объясняет значение исследования профессор Мейер.
«По моему мнению, двумя основными слабыми сторонами океанического источника являются сложность прорыва трещины через всю оболочку и механизм, с помощью которого океанический материал проникает сквозь трещины», — сказал Мейер.
Сдвиговой нагрев льда
Вместо гипотезы подповерхностного океана исследователи предполагают, что происходит сдвиговой нагрев, при котором тепло вырабатывается из-за трения слоев внутри материала, движущегося с разной скоростью. По словам профессора Мейера, это происходит благодаря приливным силам.
Такой нагрев сдвигом может нагреть лунный лед выше эвтектической температуры — самой низкой температуры, при которой жидкий рассол является стабильным. Когда участки оболочки поднимаются выше эвтектической температуры, соли растворяются в жидком рассоле, который заполняет промежутки между кристаллами льда.
На Энцеладе это может происходить в трещинах соленой ледяной оболочки, которую ученые называют тигровыми полосами, образующими кашеобразную зону — резервуар, состоящий из льда и жидкого рассола. Образцы Cassini обнаружили в гейзерах водяной пар, углекислый газ, метан, аммиак, угарный газ, азот, соли и кремнезем.
Этот жидкий рассол образуется вследствие того, что соли в ледяной оболочке снижают температуру, при которой оболочка плавится, вызывая локальное частичное таяние и последующий выход на поверхность в виде гейзеров. Моделирование профессора Мейера предполагает, что 300 кг льда и пара могут выбрасываться через шлейф каждую секунду. Этот механизм зависит от устойчивой скорости таяния льда и достаточного количества жидкого рассола.
Трещины Энцелада как каналы для жизни
Хотя ледяная оболочка Энцелада может иметь толщину до 25 км, над южным полюсом ее толщина может составлять всего 6 км, что делает таяние более вероятным. Когда трещины неглубокие, кашеобразная зона в основном отсутствует, но с увеличением глубины трещины она может проникать через всю ледяную оболочку.
«В последнем случае трещины становятся важным каналом для жизни, — говорит профессор Мейер. — Обмен между океаном и поверхностью может позволить материалам, которые формируют строительные блоки жизни, попадать на поверхность, таким образом, химически увеличивая потенциальную пригодность луны для жизни».
Помимо Энцелада, это исследование также помогает нам понять геофизические процессы на других ледяных спутниках нашей Солнечной системы — таких как Тритон Нептуна, Титан Сатурна и Европа Юпитера — и их потенциал для жизни.
По материалам phys.org
