Podgrzewanie oceanu Enceladusa przez miliardy lat
Dodane przez jacek dnia 29/11/2017 17:31:47
Enceladus interior Wnętrze Enceladusa. Copyright Surface: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESAJeśli Enceladus, na którym znajduje się ocean, posiadałby mocno porowate jądro, tarcie pływowe mogłoby wytworzyć wystarczającą ilość ciepła do podtrzymania hydrotermicznej aktywności wewnątrz tego księżyca Saturna. Takie jest podsumowanie najnowszej publikacji naukowej, wskazującej Enceladusa jako miejsce, w którym możliwe jest rozwinięcie się życia.


Treść rozszerzona
Artykuł opublikowany w Nature Astronomy zaprezentował pierwszą propozycję wyjaśnienia charakterystycznych cech szerokiego na 500 km księżyca, które zostały zaobserwowane podczas misji Cassini, zakończonej we wrześniu tego roku.

Księżyc całkowicie otoczony jest słonym oceanem, który znajduje się pod pokrywą lodową sięgającą średnio 20-25 km. Pokrywa lodowa nad biegunem południowym ma ok. 1-5 km grubości – to tam dżety pary wodnej oraz ziarenek lodu są wyrzucane przez szczeliny w lodzie. Skład wyrzuconego materiału został zmierzony przez sondę Cassini. Zawiera on sole oraz pył krzemowy, co sugeruje, że uformowały się one w bardzo gorącej wodzie – co najmniej 90ºC – i wchodziły w interakcje ze skałami w porowatym jądrze.

W takim przypadku konieczne byłoby bardzo duże źródło ciepła, około 100 razy większe od tego, co mogłoby zostać wytworzone przez naturalny rozpad radioaktywnych pierwiastków w skałach jądra, czy od możliwości skupienia ciepła w biegunie południowym.

Wydaje się, że przyczyną erupcji zniekształcających lodową pokrywę jest efekt pływowy z Saturna, przez który pokrywa lodowa jest przyciągana i wypychana w trakcie eliptycznej orbity księżyca wokół gazowego giganta. Jednak energia wywołana przez siły pływowe w lodzie sama z siebie jest zbyt słaba, aby wyrównać utratę ciepła z oceanu – w takim wypadku cały glob zamarzłby w ciągu 30 milionów lat.

Enceladus plumes Wyrzut gazu z Enceladusa.Copyright NASA/JPL/Space Science InstituteCassini wykazał, że księżyc wciąż jest bardzo aktywny, co sugeruje, że jednocześnie odbywa się również inny proces.

„Skąd Enceladus pozyskuje energię konieczną do podtrzymania aktywności wciąż pozostaje tajemnicą, ale już szczegółowo przeanalizowaliśmy, jaka struktura i kompozycja skalnego jądra księżyca mogłaby pełnić rolę w wytworzeniu potrzebnej energii”, mówi główny autor publikacji Gaël Choblet z Uniwersytetu w Nantes we Francji.

W nowych symulacjach jądro zostało przedstawione jako niezróżnicowane, podatne na zniekształcenia i porowate, w które łatwo może przesiąkać woda. Tym samym woda z oceanu mogłaby wsiąkać w jądro i stopniowo podgrzewać się przez siły pływowe wzrastające wraz z głębokością.

Woda cyrkulowałaby tak w jądrze, a następnie – jako gorętsza od otoczenia – wznosiła się. Ten proces długofalowo przenosiłby ciepło do powierzchni oceanu w wyrzutach, w których dochodzi do silnych interakcji z podłożem. Z powierzchni dna morskiego te wyrzuty wpadałyby znów do chłodniejszego oceanu.

Zgodnie z tymi przewidywaniami tylko jedno źródło na dnie morskim mogłoby wygenerować aż 5 GW energii, co odpowiada rocznemu zużyciu energii geotermalnej w Islandii.

Takie źródła wytwarzałyby wyrzuty rosnące z prędkością kilku centymetrów na sekundę. Nie tylko silnie wytapiałyby one znajdującą się powyżej pokrywę lodową, ale też niosłyby ze sobą małe cząsteczki podłoża morskiego, które w różnym czasie – od tygodni do miesięcy – ostatecznie byłyby wyrzucane w przestrzeń kosmiczną przez lodowe dżety.

Modele komputerowe autorów publikacji wskazują także, że większość wody powinna zostać wydalona z regionów polarnych księżyca, co łączy się procesem prowadzącym do powstawania źródeł ciepła w tych obszarach. Docelowo oznaczałoby to cieńszą pokrywę lodową powyżej, co zgadza się z obserwacjami pozyskanymi z Cassiniego.

„Nasze symulacje jednocześnie tłumaczą istnienie globalnego oceanu, powstałego w wyniku transferu ciepła w dużej skali między głębokim wnętrzem księżyca oraz jego lodową osłoną, oraz skupioną na małym obszarze aktywność wokół bieguna południowego, co jest spójne z obserwacjami wykonanymi przez Cassiniego”, mówi współautor publikacji Gabriel Tobie, również z Uniwersytetu w Nantes.

Uczeni twierdzą, że wywołana przez siły pływowe wydajna interakcja wody i skał w porowatym jądrze może wygenerować nawet 30 GW ciepła w czasie sięgającym od dziesiątek milionów do miliardów lat.

„Przyszłe misje – zdolne do wykonywania dokładniejszych pomiarów od Cassiniego i do analizy organicznych molekuł w wyrzutach z Enceladusa – będą mogły nam powiedzieć, czy takie długotrwałe warunki hydrotermiczne mogłyby pozwolić na stworzenie życia”, mówi Nicolas Altobelli, główny naukowiec misji Cassini ze strony ESA.

Przyszła misja wyposażona w radar penetrujący lód mogłaby przejrzeć przez grubość pokrywy lodowej, zaś dodatkowe przeloty lub sonda na orbicie księżyca mogłyby dostarczyć nowych danych o wnętrzu księżyca, co zweryfikowałoby istnienie aktywnych wyrzutów hydrotermalnych.

„Instrumenty naukowe następnej generacji, wraz z penetrującym podłoże radarem, zostaną wysłane do oceanicznych księżyców Jowisza w następnej dekadzie na pokładzie należącej do ESA sondy Juice, której głównym zadaniem będzie próba zrozumienia potencjału podwodnych światów Układu Słonecznego do rozwoju życia”, dodaje Altobelli.

Źródło: ESA/a>