Ученые-планетологи на протяжении долгого времени пытаются выяснить, какой источник поставляет воду гейзерам на Энцеладе, ледяном спутнике Сатурна. Существуют две основные версии: вода может исходить из обширного подповерхностного океана луны или формироваться в результате трения «тигровых полос» – четырех заметных трещин на поверхности спутника. Недавняя термодинамическая модель, разработанная планетологами и учитывающая свойства морской воды и ледников, указывает на новый, вероятный источник материала для гейзеров – область, где вода существует в двух различных агрегатных состояниях.
В 2005 году, во время прохождения системы Сатурна, космический аппарат «Кассини» зарегистрировал аномальную активность в районе южного полюса Энцелада – небольшого (500 километров в диаметре) спутника, скрытого под толщей льда вырывались струи паров воды. Гейзеры извергаются из четырех параллельных разломов, прозванных тигровыми полосами. Тогда астрономы открыли на спутнике предполагаемый океан жидкой и соленой воды.
Вопрос о происхождении струй гейзеров остаётся без однозначного ответа. Существуют две основные версии: либо вода черпается напрямую из подповерхностного океана в минуты, когда приливное действие раскрывает трещины «тигровых полос», либо образуется при трении ледяных створок, опять же, из-за приливных сил.
Наиболее вероятной представляется первая гипотеза, так как она указывает на существование океана на Энцеладе. При этом, выброшенный в космос лед содержит соли, что противоречит общепринятому мнению о пресной природе ледяной оболочки спутника.
В каких же условиях гейзерные выбросы сохраняют соленость, не имея связи с глобальным океаном Энцелада? Ответ на этот вопрос недавно был найден планетологами из США, Франции и Великобритании. Их двухмерная модель предполагает наличие слоя на границе между водой и льдом, в котором вода находится одновременно в твердом и жидком состояниях. Эта область позволяет объяснить неоднородный состав шлейфа, образующегося при извержениях, долетающего до кольца Е Сатурна, оно предпоследнее по расстоянию от центра планеты. Новое исследование опубликовал журнал Geophysical Research Letters.
Неоднородность гейзерных выбросов, которая вызывает вопросы, заключается в том, что выброшенные в космос частицы льда содержат как соленые, так и бессолевые компоненты. Помимо этого, в их составе присутствуют метан, углекислый газ, молекулярный водород, водяной пар и органические соединения. Именно эти вещества делают ледяной Энцелад потенциальным кандидатом на обитаемость. Правда, как показали свежие модели, ее выброс вовне крайне маловероятен, океан луны, скорее всего, разделен на слои. И, возможно, «Кассини» ошибся, изучая состав шлейфа. А может, обнаруженная тогда органика вовсе не от спутника Сатурна.
Несмотря на это, одновременное наличие соленых и пресных ледяных выбросов, выбрасываемых гейзерами Энцелада, свидетельствует о неоднородной среде, подобной, к примеру, замерзанию морской воды вблизи ледников. Ученые создали модель температурного режима, который, скорее всего, характерен для зоны взаимодействия жидкой воды Энцелада с ледяной оболочкой, и определили соленость океана и льда (возможно, в них содержится значительное количество поваренной соли NaCl). Данную область воспроизводили в одной из «тигровых полос».
Пограничная область напоминает смесь льда и воды, где одновременно присутствуют жидкая и твердая фазы. Ученые предполагают, что водоем может находиться внутри ледяной оболочки спутника. Приливные воздействия приводят к трению между стенками разломов. Это вызывает таяние льда, и, как показано в термодинамической модели, представленной в статье, формируется неоднородный «рассол». Более холодная вода опускается на дно, а более теплая и пресная поднимается вблизи разломов.
Следует отметить, что морская вода замерзает при температуре минус 1,8 °C, а пресная – при нуле. Таким образом, соль концентрируется в нижней части «ледовой каши». Благодаря такой циркуляции, при образовании трещин наружу выбрасывается поток двухфазной воды спутника. Специалисты отмечают, что механизм, посредством которого гейзеры извлекают жидкую и твердую воду из смеси «ледовой каши» и «рассола», объясняет неоднородный состав шлейфа, а рассчитанные объемы извержений соответствуют наблюдаемым – 300 килограммов в секунду. По мнению планетологов, количество вещества в резервуарах незначительно по сравнению с объемом океана Энцелада, который составляет приблизительно 20 миллионов кубических километров.