Co napędza wyjątkową aktywność geologiczną Enceladusa?

Pióropusze pary wodnej na Enceladusie

Naukowcy związani z misją Cassini opublikowali wyniki swoich najnowszych badań, które w najpełniejszym stopniu z dotychczasowych opracowań wyjaśniają skomplikowaną aktywność geologiczną na księżycu Saturna.

Enceladus jest lodowym księżycem, pod którego powierzchnią skrywa się globalny ocean. Jest jednym z najbardziej geologicznie aktywnych obiektów Układu Słonecznego. Aktywność ta objawia się nieustannymi erupcjami pary wodnej, drobnych cząstek lodu oraz innych substancji, które niczym z gejzerów wyrzucane są z okolic południowego bieguna księżyca w przestrzeń kosmiczną na ogromną wysokość. W porównaniu z erupcjami na Enceladusie, największe ziemskie gejzery wyglądają skromnie.

Przez wiele lat Enceladus traktowany był przez naukowców jako zamarznięty, martwy w geologicznym żargonie, księżyc krążący wokół Saturna. Odkrycia sprzed kilkunastu lat, związane z misją Cassini, zmieniły jednak nasze wyobrażenie o tym odległym świecie. Sonda Cassini wykryła wielkie pióropusze pary wodnej wydobywające się z południowego bieguna, a inne badania wykazały obecność oceanu zalegającego pod grubą, lodową skorupą. W ten sposób Enceladus dołączył do innych lodowych księżyców, które rozpatrywane są jako potencjalne miejsca, gdzie mogło rozwinąć się życie. Przez ostatnią dekadę naukowcy zastanawiali się co może być źródłem ciepła, które utrzymuje rozległy ocean i powoduje wzmożoną aktywność geologiczną.

Wśród przyczyn wyjątkowych procesów na Enceladusie podawano najczęściej rozkład pierwiastków promieniotwórczych wewnątrz księżyca oraz siły pływowe, powodujące tarcia w lodowej skorupie. Szczegółowe obliczenia jednak wykazywały, że wytwarzana przez te procesy energia jest niewystarczająca. Ocean zamarzłby w ciągu kilkudziesięciu milionów lat (biorąc pod uwagę same tarcia w skorupie), a według najnowszych danych ciepło podtrzymujące ocean może być nieustannie wytwarzane od miliardów lat. Gdzie więc należy szukać źródła tego ciepła?

Zespół naukowców prowadzony przez Gaela Chobleta z Uniwersytetu w Nantes twierdzi, że rozwiązanie zagadki tkwi w strukturze jądra Enceladusa. Najprawdopodobniej zbudowane jest z dość luźno przylegających do siebie skał, przez co od 20 do 30 procent jego objętości stanowi pusta przestrzeń. Podczas cyklicznej wędrówki Enceladusa wokół Saturna, siły pływowe "wymuszają" nieustanne tarcie pomiędzy składnikami jądra, co generuje wysoką temperaturę. Woda z oceanu przenika w puste przestrzenie wnętrza księżyca, rozgrzewając się i reagując chemicznie z zawartymi tam minerałami, powodując wysoką aktywność hydrotermalną na dnie oceanu. Być może występują tam kominy hydrotermalne przypominające ziemskie struktury na dnach oceanów.

Wewnętrzna struktura Enceladusa

Schemat struktury wewnętrznej Enceladusa, wyjaśniający potencjalne źródło ciepła, z widocznymi erupcjami pary wodnej na południowym biegunie. Źródło: ESA/NASA/JPL-Caltech/SSI/LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers

Zgodnie z przyjętym modelem, wzmożona aktywność hydrotermalna powinna występować w okolicach biegunów księżyca. Model ten sprawdza się w przypadku południowej części globu. Masy rozgrzanej wody wydobywające się z dna oceanu rozgrzewają lodową skorupę od spodu, powodując, że jest znacznie cieńsza niż w innych rejonach. Następnie przez szczeliny w skorupie kawałki lodu, wraz z parą wodną i produktami reakcji chemicznych wyrzucane są w przestrzeń kosmiczną tworząc spektakularne pióropusze.

Hipotezy wiążące aktywność geologiczną Enceladusa z jego porowatą strukturą jądra pojawiły się już we wcześniejszych latach. Jednak artykuł zespołu Chobleta, opublikowany na łamach Nature Astronomy, jako pierwszy łączy wszystkie najnowsze dane w spójną całość. Przyjęty model nie wyjaśnia natomiast różnic pomiędzy biegunami Enceladusa. Północna część księżyca, w porównaniu z południową, nie przejawia aktywności geologicznej, czego dowodem są liczne, stare kratery uderzeniowe. Skąd bierze się ta różnica? Na odpowiedź będziemy musieli jeszcze trochę poczekać.

Więcej informacji:

 

Źródło: NASA

Na ilustracji tytułowej: pióropusze pary wodnej na Enceladusie. Źródło: NASA/JPL/Space Science Institute