Sonda Cassini obserwuje gejzery tryskające z południowego bieguna Enceladusa (jednego z księżyców Saturna) od 2005 roku, jednak proces napędzający i podtrzymujące te erupcje pozostaje wciąż nieodkryty. Teraz naukowcy z University of Chicago oraz Princeton University odkryli mechanizm, w którym cykliczne oddziaływania pływowe z Saturnem mogą napędzać długotrwałe erupcje na Enceladusie.
„Erupcje do których dochodzi na Ziemi nie trwają zbyt długo,” mówi Edwin Kite, profesor geofizyki na University of Chicago. „Kiedy już zauważymy erupcje, które trwają przez dłuższy czas, zazwyczaj są one zlokalizowane w pojedyncze, wąskie tuby stosunkowo od siebie oddalone.”
Jednak Enceladus, pod którego powierzchnią prawdopodobnie znajduje się globalny ocean, jest w stanie utrzymywać gejzery tryskające z długich pęknięć w pobliżu bieguna południowego. Te „tygrysie pasy” bezustannie od dziesięcioleci, a zapewne znacznie dłużej, emitują parę wodną i niewielkie drobiny lodu.
„Zagadką zatem staje się wyjaśnienie dlaczego ten system pęknięć sam się nie zablokuje tym lodem,” mówi Kite. „Dodatkowo mamy problem z wytłumaczeniem dlaczego energia usunięta z wody w procesie chłodzenia wyparnego nie sprawia, że wszystko wokół zamarza.”
Niezbędne zatem jest źródło energii, które wyrównuje braki energii spowodowane chłodzeniem wyparnym. „Uważamy, że źródłem energii może być nowy mechanizm dyssypacji energii pływowej, który wcześniej nie był rozważany,” mówi Kite. Kite wraz z Allanem Rubinem z Princeton zaprezentowali swoje odkrycia we wczesnym wydaniu periodyku Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Bardzo się ucieszyłam, gdy usłyszałam o pracy Kite’a i Rubina, która podnosi kwestię procesu, który umknął naszej uwadze – czyli pompowaniu wody do wnętrza i na zewnątrz pęknięć w południowej skorupie lodowej przez oddziaływania pływowe,” mówi Carolyn Porco, kierownik zespołu obrazowania misji Cassini i główny naukowiec badań Enceladusa w ramach misji.
Enceladus, którego Kite nazywa „okazją do przeprowadzenia najlepszego eksperymentu astrobiologicznego w Układzie Słonecznym”, jest najlepszym kandydatem miejsca, w którym możemy odkryć życie pozaziemskie. Dane z sondy Cassini silnie wskazują, że gejzery kriowulkaniczne na Enceladusie mają swoje źródło w przyjaznym dla biomolekuł podpowierzchniowym oceanie.
Kriowulkanizm mógł także kształtować powierzchnię Europy, jednego z księżyców Jowisza. „Powierzchnia Europy na wiele sposobów przypomina powierzchnię Enceladusa, dlatego też mamy nadzieję, że nasz model przyda się także do badań Europy,” mówi Kite.
Jednym z problemów, które przyciągnęły uwagę Kite’a i Rubina był fakt, że erupcje osiągały maksimum intensywności pięć godzin po tym jak ich oczekiwano, nawet przy uwzględnieniu 40 minut, których potrzebują wyrzucane cząsteczki na dotarcie na wysokość, na której Cassini jest w stanie je wykryć. Inni naukowcy proponowali już wytłumaczenia tego opóźnienia erupcji, np. elastyczna, powoli reagująca skorupa lodowa.
Co więcej, naukowcy chcieli się dowiedzieć dlaczego Enceladus utrzymuje aktywność kriowulkaniczną nawet w tych miejscach na swojej orbicie, gdzie szczeliny powinny się zamykać i kończyć erupcje. Inne stojące przed nimi pytania to: Dlaczego system wulkaniczny generuje pięć gigawatów mocy, a nie dużo więcej lub dużo mniej? Dlaczego erupcje nie zamarzają?
Opracowany przez Kite’a i Rubina model systemu hydraulicznego Enceladusa pozwala odpowiedzieć na wszystkie powyższe pytania. Ów model obejmuje serię niemal równoległych, pionowych szczelin łączących powierzchnię z oceanem wody we wnętrzu księżyca. Naukowcy wprowadzili do modelu oddziaływania pływowe ze strony Saturna i obserwowali co się dzieje z księżycem.
„Jedynym trudnym etapem jest obliczenie elastycznych interakcji między poszczególnymi szczelinami i zmienne poziomy wody w każdej szczelinie w odpowiedzi na odkształcenia pływowe,” tłumaczy Kite. Szerokość szczeliny wpływa na szybkość jej reakcji na oddziaływania pływowe. W przypadku szerokich szczelin, erupcje szybko reagują na oddziaływania pływowe. Natomiast w przypadku wąskich szczelin, do erupcji dochodzi ok. ośmiu godzin po osiągnięciu maksimum przez oddziaływania pływowe.
Między nimi mamy punkt – mówi Kite – gdzie oddziaływania pływowe zamieniają ruch wody w ciepło wytwarzając wystarczającą ilość energii do generowania erupcji odpowiadających obserwowanemu, pięciogodzinnemu opóźnieniu.
Pompowanie pływowe ogrzewa wodę i skorupę lodową poprzez turbulencje. Kite i Rubin twierdzą, że nowe dane z sondy Cassini pozwolą przetestować tą ideę poprzez sprawdzenie czy powłoka lodowa w okolicach bieguna południowego jest ciepła.
„Jeżeli nowy mechanizm w znacznej mierze odpowiada za ciepło pochodzące ze szczelin, wtedy południowa skorupa lodowa między szczelinami może być chłodna,” mówi Porco. „Musimy jednak poczekać na wyniki z ostatnich przelotów sondy Cassini w pobliżu Enceladusa, do których doszło w zeszłym roku.”
Więcej informacji:
- artykuł naukowy: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1520507113
Źródło: phys.org