Одной из ключевых особенностей Энцелада являются гейзеры водяного пара, выбрасывающиеся из-под его ледяной, белоснежной поверхности в южном полушарии. Чтобы, наконец, объяснить присутствие кремниевых наночастиц в водяных выбросах, составляющих основу одного из внешних колец Сатурна, американские ученые создали детальную аналитическую модель подповерхностных потоков на спутнике.
Энцелад — являясь шестым по величине из 83 спутников Сатурна, этот объект также относится к числу наиболее таинственных и перспективных для исследований тел Солнечной системы. Его поверхность полностью покрыта толстым, многокилометровым слоем льда, что обеспечивает отражение более 80% получаемого им излучения. Под ледяной оболочкой находится глобальный океан, состоящий из соленой жидкой воды, которая прорывается через трещины в южной полярной области в виде мощных гейзеров.
Аппарат «Кассини», аппарат, исследовавший Сатурн и его спутники в период с 2004 по 2017 год, выполнил химический анализ южнополярных шлейфов, являющихся основой внешнего кольца Е шестой от Солнца планеты. Помимо водяного пара, азота, углекислого газа и метана, в выбросах Энцелада обнаружили частицы диоксида кремния (кремнезема) нанометрового размера. Присутствие этих наночастиц означало, что вода, перед тем как ее выбросило из-под поверхности спутника, контактировала с силикатной породой и подвергалась воздействию высоких температур.
Хотя общая картина образования кремнезема в выбросах Энцелада достаточно ясна, конкретные механизмы, лежащие в основе формирования гейзеров, оставались не до конца понятными. В новой работе американские ученые во главе со специалистами из Калифорнийского университета представили аналитическую модель, которая объясняет, как приливные силы, деформирующие силикатное ядро Энцелада, порождают тепловые конвективные потоки, приводящие к наблюдаемым выбросам. Детальное описание модели и результаты ее применения ученые изложили в статье, опубликованной в журнале Communications Earth & Environment.
Уже давно установлено, что геологическая активность Энцелада обусловлена приливными силами, возникающими в результате его обращения вокруг Сатурна. Гравитационное притяжение газового гиганта вызывает растяжение и сжатие спутника, что приводит к деформации и возникновению трения как в ледяной оболочке, так и в пористом силикатном ядре. В результате этих процессов поверхность Энцелада испещрена трещинами, а, согласно последним исследованиям, ядро нагревается настолько, что формируются горячие и узкие турбулентные области восходящего потока.
В рамках данной модели эти области, обозначенные как конвекционные столбы Тейлора, имеют цилиндрическую структуру. Они поднимают воды, находящиеся на глубине океана, вместе с частицами кремнезема к его поверхности, откуда они выбрасываются в космическое пространство.
«Полученные нами данные свидетельствуют о том, что эти потоки обладают достаточной мощностью, чтобы поднимать вещества со дна и транспортировать их к ледяной корке, разделяющей океан и космическое пространство. Рассматриваемые трещины, известные как тигровые полосы, которые пронизывают всю толщу ледяного покрова до подповерхностного океана, способны выступать в качестве непосредственных путей для транспортировки захваченных материалов, выбрасываемых в космос. Энцелад предоставляет нам возможность получить бесплатные образцы содержимого, расположенного глубоко внутри его структуры», — отметила ведущий автор исследования Эшли Шенфельд ( Ashley Schoenfeld), докторант Калифорнийского университета по планетологии.
Аппарат «Кассини», помимо наночастиц кремнезема, зафиксировал большое количество газообразного водорода в шлейфах, исходящих из Энцелада. Совместно эти данные служат весомым подтверждением гидротермальной активности на дне океана. На Земле в подобных глубоководных гидротермальных источниках находят убежище разнообразные живые организмы, использующие для питания там выделяемые минералы.
Для дальнейшего изучения физико-химических характеристик системы «ядро — океан» и оценки возможности существования жизни на Энцеладе, будущим космическим миссиям потребуется собрать дополнительные данные о гидротермальной активности этого спутника.