Однією з унікальних ознак Енцелада є гейзери водяної пари, що вириваються з-під білосніжної крижаної поверхні в його південній області. Група американських дослідників розробила детальну аналітичну модель підземних потоків супутника, щоб нарешті пояснити наявність кремнієвих наночастинок у водяних викидах, що складають основу одного із зовнішніх кілець Сатурна.
Гідротермальна активність та гейзери на моделі внутрішньої структури Південного полюса Енцелада / © NASA / JPL-Caltech
Енцелад – шостий за величиною з 83 супутників Сатурна і одне з найбільш загадкових і цікавих для вивчення тіл Сонячної системи. Вся його поверхня покрита багатокілометровим шаром льоду, через що він відбиває більше 80% падаючого на нього випромінювання. Під поверхнею супутника розташований глобальний океан солоної рідкої води, що проривається через тріщини в крижаній корі Південного полярного регіону у вигляді потужних гейзерів.
Апарат “Кассіні”, який вивчав Сатурн і його супутники з 2004 по 2017 рік, провів хімічний аналіз південнополярних шлейфів, що становлять основу зовнішнього кільця Е шостої від Сонця планети. Крім водяної пари, азоту, вуглекислого газу і метану, у викидах Енцелада виявили частинки діоксиду кремнію (кремнезему) нанометрового розміру. Присутність цих наночастинок означало, що вода, перед тим як її викинуло з-під поверхні супутника, контактувала з силікатною породою і піддавалася впливу високих температур.
І якщо в загальних рисах процес появи кремнезему в викидах Енцелада зрозумілий, то які конкретно механізми стоять за формуванням таких гейзерів — було не до кінця ясно. У новій роботі група американських дослідників під керівництвом вчених з Каліфорнійського університету розробила аналітичну модель, що описує, як внаслідок приливної деформації в силікатному ядрі Енцелада утворюються теплові конвективні потоки, що призводять до спостережуваних викидів. Докладні описи моделі і результатів її застосування вчені виклали в статті, опублікованій в журналі Communications Earth & Environment.
Давно відомо, що активна геологія Енцелада підживлюється припливними силами, що виникають при його обертанні навколо Сатурна. Гравітація газового гіганта розтягує і стискає супутник, деформуючи і створюючи тертя як в крижаній оболонці, так і в пористому силікатному ядрі. Через ці процеси поверхня Енцелада покривається тріщинами, а ядро, як показало нове дослідження, нагрівається досить для формування гарячих і вузьких турбулентних зон апвелінгу.
Концептуальне зображення конвекційних стовпів Тейлора на Південному полюсі Енцелада / © Schoenfeld A. M. et al, Communications Earth & Environment, 2023
Ці зони, представлені в моделі у вигляді так званих конвекційних стовпів Тейлора, мають циліндричну форму і піднімають глибинні води океану разом з частинками кремнезему до поверхні, де потім вони викидаються в космос.
Крім наночастинок кремнезему, апарат “Кассіні” виявив значну кількість газоподібного водню в шлейфах, що генеруються Енцеладом. Разом ці два факти дають вагомі докази гідротермальної активності на дні океану. На землі в аналогічних глибоководних гідротермальних жерлах знаходять собі притулок безліч живих організмів, які харчуються мінералами, які виділяються там.
Майбутні космічні місії повинні будуть зібрати більше даних про гідротермальну активність Енцелада, що дозволить вченим продовжити вивчення фізичних і хімічних властивостей системи «ядро — океан» і відповісти на питання про існування там будь-якої життя.