Новые явления возникли у источника вечно текущего гейзера Энцелада. Энцелад, шестой спутник Сатурна, размером примерно с Соединенное Королевство и покрыт льдом толщиной в несколько десятков километров. Под ним находится жидкий океан, который вырывается на поверхность через ряд трещин на южном полюсе, посылая в космос постоянный гейзер.
Этот гейзер содержит следы подводных жерл, солёной воды и даже метана — признак того, что в чёрном как смоль море может быть жизнь.
Луна уникальна в Солнечной системе, говорит Максвелл Рудольф, геофизик из Калифорнийского университета в Дэвисе. Новое исследование, которое он провёл, опубликованное в Geophysical Research Letters, предлагает объяснение «тигровых полос» и гейзера, который прорвался через них. По мере того как Энцелад нагревается и остывает на орбите, его ледяная корка прогибается под давлением, позволяя воде выливаться на поверхность. Циклы нагрева и охлаждения управляются движением самой Луны.
Примерно каждые сто миллионов лет форма орбиты Энцелада вокруг Сатурна меняется: от более круглой к более овальной и обратно. Когда орбита более овальная, Луна сильнее сжимается гравитацией Сатурна, а затем освобождается. «Это приводит к тому, что весь шельфовый ледник растягивается, как будто его месят», — говорит Рудольф. Одного лёгкого вздутия этого льда достаточно, чтобы нагреть всю луну и немного расплавить её оболочку.
Затем, когда орбита Луны становится круговой, её кора снова остывает. Шельфовый ледник расширяется вниз, в скрытый океан. То, что происходит дальше, должно быть «очевидно любому, кто когда-либо ставил бутылку газированной воды в морозильник», — говорит Рудольф. «Изменение объёма при замерзании воды в лёд вызывает повышение давления. На Энцеладе это происходит в глобальном масштабе». Когда давление становится слишком сильным, внешний лёд трескается, точно так же, как корка хлеба трескается, когда расширяется мягкая внутренняя часть.
Наращивание занимает миллионы лет, но трещина появляется за считанные секунды, начиная с поверхности и спускаясь примерно на 14,5 километров в подземный океан.
Трещины могут дойти до океана только на полюсах, где лёд самый тонкий. «Это своего рода вопрос случая, образуется ли первая трещина на северном полюсе Энцелада или на южном полюсе», — говорит Рудольф. «Но как только это происходит, это вызывает серию событий, которые приводят к трещинам в полосе тигра». Возможно, что этот процесс происходил неоднократно в течение каждого холодного цикла. Но само по себе давление не совсем объясняет гейзер.
Фото: italy4.me
Согласно моделям, разработанным Рудольфом и его командой, даже всего новообразованного льда недостаточно, чтобы выдавить воду на поверхность. И фотографии Энцелада не показывают явных следов жидкой воды, проливающейся на гладкую поверхность спутника. Здесь может сыграть роль процесс, описанный Мики Накадзимой, планетологом из Университета Рочестера, который не участвовал в новом исследовании.
В 2016 году Накадзима продемонстрировал, что если жидкая вода частично протолкнётся вверх по трещине во льду, она может начать спонтанно кипеть в космическом вакууме. «Мы знаем толщину трещины на поверхности, но на самом деле не знаем, что происходит внутри», — говорит Накадзима. «Это может быть прямая линия; это может быть неоднозначно».
Пар в любом случае может выйти, потому что кипение может произойти даже в самых узких трещинах. Любая трещина, ведущая к океану, не даст много воды. Глубоко в трещинах вода, вероятно, кипит, и человека, стоящего на поверхности, будет окружать мелкий туман, а не струя. Чтобы образовался гейзер, который люди сфотографировали из космоса, потребовалось бы много трещин и труб. Накадзима говорит, что если объяснение правильное, то на Энцеладе есть много трещин, меньших, чем полосы тигра, к которым астрономы ещё не подошли достаточно близко, чтобы увидеть.
Могут действовать и другие силы. Растворённый углекислый газ или другие газы могут пузыриться на поверхности, как газированные напитки, выбрасывая воду на поверхность. Неопубликованная работа, представленная на собрании Американского геофизического союза в прошлом году, также предполагает, что вода может выделяться в результате таяния льда в расселине, а не из погребённого океана. «Я думаю, что всё на поверхности», — говорит Накадзима.
В исследовании Рудольфа также изучалась
Европа, один из самых известных спутников Юпитера, который имеет как ледяную корку, так и жидкий подповерхностный океан. Но Европа примерно в пять раз больше радиуса Энцелада, и циклы тепла и холода от гравитации просто недостаточно велики, чтобы пробить её более толстую кору. «
Я действительно заинтригован тем, что модель может объяснить процессы на Энцеладе, но не Европе», — говорит Накадзима
Фото: light-science.ru
Элоди Лесаж, эксперт по Европе в Лаборатории реактивного движения НАСА, пишет в электронном письме Popular Science, что нет прямых доказательств существования криовулканов на спутнике Юпитера, хотя некоторые равнины на его поверхности выглядят так, как будто они могли быть результатом жидкой воды. Согласно новым находкам, отмечает она, любые потенциальные ледяные вулканы на Европе, вероятно, формируются по совершенно другим причинам, чем на Энцеладе. «Кажется маловероятным, что жидкая вода могла подняться из океана Европы на поверхность», — объясняет она. Вместо этого карманы с водой могут быть встроены в корку и взрываться, когда они начинают замерзать, опять же, «как банка содовой, которую кто-то забыл в морозильной камере».
В последний раз Энцелад исследовался космическим зондом «Кассини» в 2015 году — он пролетел на высоте 48 километров над поверхностью Луны — в то время как данные об извержениях льда на Европе в основном поступают из далёких изображений телескопа. Следующую миссию на Европу планируется запустить в 2024 году.
Разница между спутниками означает, что любая охота на инопланетную жизнь будет разворачиваться на двух лунах по-разному. Если есть организмы, живущие глубоко подо льдом, гейзер Энцелада, похоже, даёт нам прямой доступ к их миру. Что бы ни находилось внутри Европы, это может быть гораздо сложнее понять.