Ogrzewanie oceanu Enceladusa może trwać od miliardów lat

Już od miliardów lat tarcie pływowe może dostarczać wystarczająco dużo ciepła do napędzania aktywności hydrotermalnej wewnątrz oceanu Enceladusa jeżeli tylko księżyc posiada bardzo porowate jądro wskazują najnowsze badania.

Artykuł naukowy opublikowany w periodyku Nature Astronomy w dniu wczorajszym opisuje pierwszą próbę wytłumaczenia najważniejszych cech 500-kilometrowego Enceladusa na podstawie danych zebranych przez sondę Cassini w trakcie trwania jej misji, która zakończyła się we wrześniu br.

Wśród nich znajduje się globalny słony ocean skryty pod lodową skorupą o średniej grubości 20-25 kilometrów, która w okolicach bieguna południowego ma zaledwie 1-5 kilometrów grubości. To właśnie tam strumienie pary wodnej i drobin lodu tryskają poprzez szczeliny w lodzie.  Skład chemiczny uwalnianego w tych gejzerach materiału zbadany przez sondę Cassini obejmuje sole oraz krzem, co wskazuje, że powstał on w gorącej wodzie – przynajmniej 90 stopni Celsjusza – w wyniku interakcji ze skalistym porowatym jądrem księżyca.

Takie obserwacje wymagają silnego źródła ciepła, niemal stokrotnie silniejszego niż oczekiwany w przypadku naturalnego rozpadu pierwiastków radioaktywnych w jądrze. Oprócz tego musi też istnieć jakiś mechanizm, który skupia aktywność w pobliżu bieguna południowego.

Wpływ pływowy ze strony Saturna uważany jest za źródło erupcji odkształcających skorupę lodową poprzez naprzemiennie przyciąganie i rozciąganie, do których dochodzi podczas ruchu księżyca po eliptycznej orbicie wokół gazowego olbrzyma. Jednak energia wyemitowana przez tarcie pływowe w lodzie nie wystarczałaby do przeciwdziałania utracie ciepła z oceanu – księżyc zatem zamarzłby w ciągu 30 milionów lat.

Gejzery Enceladusa

Jak dowiodła sonda Cassini, Enceladus jest wciąż wyjątkowo aktywny, a więc musi tam zachodzić także inny proces.

„To skąd Enceladus ma energię do utrzymywania aktywności od zawsze było dla nas tajemnicą, jednak dopiero teraz rozważyliśmy szczegółowo jak struktura i skład chemiczny skalistego jądra księżyca może wpływać na generowanie niezbędnej energii”, mówi główny autor artykułu Gael Choblet z Uniwersytetu Nantes we Francji.

W najnowszych symulacjach jądro zbudowane jest z nieskonsolidowanej, łatwo odkształcalnej skały, którą woda może z łatwością przenikać. Dzięki temu chłodna woda w stanie ciekłym pochodząca z oceanu może przenikać do wnętrza jądra stopniowo ogrzewając się poprzez tarcie pływowe między przesuwającymi się fragmentami skał.

Woda krąży w jądrze, a następnie zaczyna się unosić ponieważ jest gorętsza od otoczenia. Ten proces z czasem przekazuje ciepło do podłoża oceanu w wąskich gejzerach, które tam też silnie oddziałują ze skałami. Na dnie oceanicznym owe gejzery uwalniane są do chłodniejszych wód oceanicznych.

Jedna taka gorąca plama na dnie oceanu może uwalniać nawet 5 GW energii czyli niemal tyle ile wynosi roczne zużycie energii geotermalnej na Islandii.

Takie gorące plamy na dnie oceanu generują gejzery unoszące się z prędkością kilku centymetrów na sekundę. Takie gejzery nie tylko powodują topnienie skorupy lodowej powyżej, ale mogą także przenosić drobiny z dna oceanicznego, które po kilku tygodniach czy miesiącach uwalniane są w przestrzeń kosmiczną w gejzerach tryskających z powierzchni księżyca.

Ostatnie obserwacje gejzerów przeprowadzone przez sondę Cassini.

Co więcej, modele komputerowe wskazują, że większość wody powinna być uwalniana z obszarów biegunowych jądra w punktowych gorących plamach, które z kolei powinny odpowiadać za cieńszą skorupę lodową bezpośrednio nad nimi, co też pozostaje w zgodzie z danymi przesłanymi na Ziemię przez sondę Cassini.

„Nasze symulacje jednocześnie tłumaczą istnienie oceanu globalnego dzięki wielkoskalowemu transportowi ciepła między głębokim wnętrzem księżyca a skorupą lodową, jak i zagęszczenie aktywności na stosunkowo niewielkich obszarach wokół bieguna południowego” mówi współautor artykułu Gabriel Tobie także z Uniwersytetu w Nantes.

Naukowcy wskazują, że wydajne oddziaływanie wody ze skałami w porowatym jądrze odkształcanym przez tarcie pływowe może zapewniać nawet 30 GW ciepła od dziesiątków milionów do miliardów lat.

„Przyszłe misje kosmiczne zdolne do analizowania związków organicznych w gejzerach Enceladusa z większą dokładnością niż Cassini mogą nam powiedzieć czy trwała aktywność hydrotermalna może umożliwiać powstanie życia we wnętrzu księżyca” mówi Nicolas Altobelli, naukowiec projektu Cassini w ESA.

Przyszłe sondy wyposażone w radary przenikające lód pozwolą nam określić grubość skorupy lodowej, a dodatkowe przeloty w pobliżu Enceladusa albo sonda znajdująca się na orbicie wokół niego pozwoli udoskonalić modele wnętrza, co z kolei pozwoli na weryfikację obecności aktywnych gejzerów hydrotermalnych.

Źródło: ESA

Komentarze

comments