Ледяной спутник Сатурна Энцелад не должен быть одним из самых многообещающих мест в нашей Солнечной системе для поиска внеземной жизни. Вместо этого он должен был замерзнуть миллиарды лет назад. Расположенный в холодной внешней части Солнечной системы, он находится слишком далеко от Солнца, чтобы иметь океаны жидкой воды - необходимого ингредиента для известных форм жизни - на его поверхности.
Некоторые миры, такие как Марс или спутник Юпитера Европа, намекают на то, что под их поверхностью может скрываться жидкая вода. Диаметр Марса составляет около 4 200 миль, а диаметр Европы - почти 2 000 миль. Однако при диаметре Энцелада чуть более 500 миль ему просто не хватает объема, необходимого для того, чтобы его внутренняя часть оставалась достаточно теплой для поддержания жидкой воды под землей.
При температуре около 324 градусов ниже нуля по Фаренгейту поверхность Энцелада действительно замерзла. Однако в 2005 году космический аппарат НАСА «Кассини» обнаружил гигантский шлейф воды, вырывающийся из трещин на поверхности над южным полюсом Луны, что указывает на наличие резервуара воды подо льдом. Анализ шлейфа, проведенный Кассини, показал, что вода соленая, что указывает на то, что резервуар большой, возможно, даже глобальный подповерхностный океан. По данным «Кассини», ученые подсчитали, что нагрев южного полюса эквивалентен непрерывному выделению около 13 миллиардов ватт энергии.
Чтобы объяснить это таинственное тепло, некоторые ученые ссылаются на излучение в сочетании с приливным нагревом. При формировании Энцелад (как и все объекты Солнечной системы) включал в себя вещество из облака газа и пыли, оставшихся после образования нашего Солнца. Во внешней Солнечной системе, когда сформировался Энцелад, он рос по мере слияния льда и горных пород. Если бы Энцелад смог собрать большее количество горных пород, содержащих радиоактивные элементы, при распаде радиоактивных элементов в его недрах могло бы быть выделено достаточно тепла, чтобы расплавить тело.
Однако на меньших лунах, таких как Энцелад, запасы радиоактивных элементов обычно недостаточно велики, чтобы производить значительное количество тепла в течение длительного времени, и луна должна была вскоре остыть и затвердеть. Таким образом, если бы какой-либо другой процесс внутри Энцелада каким-либо образом не производил тепло, любая жидкость, образовавшаяся в результате плавления его недр, давно бы замерзла.
Это заставило ученых задуматься о роли приливного нагрева как способа поддерживать Энцелад достаточно теплым, чтобы жидкая вода оставалась под его поверхностью. Орбита Энцелада вокруг Сатурна имеет слегка овальную форму. Путешествуя вокруг Сатурна, Энцелад приближается, а затем отдаляется. Когда Энцелад находится ближе к Сатурну, он чувствует более сильное гравитационное притяжение от планеты, чем когда он находится дальше. Подобно тому, как мягкое сжатие резинового мяча слегка деформирует его форму, колеблющееся гравитационное притяжение на Энцеладе заставляет его слегка изгибаться. Изгиб, называемый гравитационным приливным воздействием, генерирует тепло от трения глубоко внутри Энцелада.
Гравитационные приливы также создают напряжение, которое растрескивает поверхностный лед в определенных регионах, таких как южный полюс, и, возможно, ежедневно обновляет эти трещины. Приливное напряжение может открывать и закрывать эти трещины, сдвигая их вперед и назад. Когда они открываются и закрываются, стороны южнополярных трещин перемещаются на несколько футов, и они также скользят друг относительно друга на несколько футов. Это движение также создает трение, которое (подобно энергичному трению рук) высвобождает дополнительное тепло на поверхности в местах, которые должны быть предсказуемы с нашим пониманием приливного стресса..
Чтобы проверить теорию приливного нагрева, ученые с командой Кассини создали карту гравитационного приливного напряжения на ледяной коре Луны и сравнили ее с картой теплых зон, созданной с помощью составного инфракрасного спектрометра Кассини (CIRS).. Предполагая, что наибольшее напряжение возникает там, где возникает наибольшее трение и, следовательно, там, где выделяется наибольшее количество тепла, области с наибольшим напряжением должны перекрывать самые теплые зоны на карте CIRS.
«Однако они не совсем совпадают, - говорит доктор Терри Херфорд из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд. сдвига находится примерно в 50 километрах (около 31 мили) от зоны наибольшей жары».
Херфорд и его команда считают, что это несоответствие может быть разрешено, если скорость вращения Энцелада неравномерна - если он слегка колеблется при вращении. Колебание Энцелада, технически называемое «либрацией», едва заметно. «Наблюдения «Кассини» исключили колебание более чем на 2 градуса по отношению к равномерной скорости вращения Энцелада», - говорит Херфорд.
Команда создала компьютерную симуляцию, которая составила карты поверхностного напряжения на Энцеладе для различных колебаний и определила диапазон, в котором области наибольшего напряжения лучше совпадают с наблюдаемыми самыми теплыми зонами.
«В зависимости от того, движется ли колебание вместе с движением Сатурна в небе Энцелада или против него, колебание в диапазоне от 2 градусов до 0,75 градуса дает наилучшее соответствие наблюдаемым самым теплым зонам», - сказал Херфорд..
Колебание также помогает решить загадку нагрева, генерируя примерно в пять раз больше тепла внутри Энцелада, чем только приливное напряжение, и дополнительное тепло делает вероятным, что океан Энцелада может быть долгоживущим, по словам Херфорда. Это важно в поисках жизни, потому что для развития жизни требуется стабильная среда.
Колебание, вероятно, вызвано неровной формой Энцелада. «Энцелад не является полностью сферическим, поэтому, когда он движется по своей орбите, притяжение Сатурна создает результирующий крутящий момент, который заставляет луну колебаться», - сказал Херфорд. Кроме того, орбита Энцелада сохраняет овальную форму, поддерживая приливное напряжение из-за гравитационного притяжения соседней более крупной луны Дионы. Диона находится дальше от Сатурна, чем Энцелад, поэтому ей требуется больше времени, чтобы завершить свою орбиту. За каждый оборот, который совершает Диона, Энцелад завершает два оборота, создавая регулярное выравнивание, которое вытягивает орбиту Энцелада в овальную форму.
В команду входят исследователи из NASA Goddard, Корнельского университета, Итаки, Н. Y., Юго-Западный научно-исследовательский институт, Боулдер, штат Колорадо, и Калифорнийский университет, Санта-Крус, Калифорния. Исследование финансировалось Программой анализа данных Кассини, которая включает вклад НАСА и ЕКА..
Миссия Кассини-Гюйгенс - это совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL), подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, руководит миссией Управления научной миссии НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. Орбитальный аппарат «Кассини» и две его бортовые камеры были спроектированы, разработаны и собраны в Лаборатории реактивного движения. Команда составного инфракрасного спектрометра базируется в NASA Goddard, где этот прибор был построен. Доктор Майкл Фласар из Годдарда НАСА является главным исследователем составного инфракрасного спектрометра.
Для получения новых опубликованных изображений и дополнительной информации о миссии Кассини-Гюйгенс посетите: https://www.nasa.gov/cassini, https://saturn.jpl.nasa.gov или https://ciclops. орг