Ледяной спутник Сатурна Энцелад представляет собой большой интерес для ученых из-за своего подземного океана, что делает его главной целью для тех, кто ищет жизнь за пределами Земли. Новое исследование, проведенное Дугом Хемингуэем из Карнеги, раскрывает физику, управляющую трещинами, через которые океанская вода вырывается из ледяной поверхности, придавая ее южному полюсу необычный вид «полоски тигра».
«Эти полосы были впервые запечатлены миссией Кассини на Сатурне, эти полосы не похожи ни на что в нашей Солнечной системе», - пояснил ведущий автор Хемингуэй. «Они параллельны и расположены равномерно, около 130 километров в длину и 35 километров друг от друга. Что делает их особенно интересными, так это то, что они постоянно извергаются водяным льдом, даже в данный момент происходят подобные извержения. Никакие другие ледяные планеты или луны не имеют ничего похожего с ними».
Работая с Максом Рудольфом из Калифорнийского университета, Дэвисом и Майклом Мангой из Калифорнийского университета в Беркли, Хемингуэй использовал модели для исследования физических сил, действующих на Энцеладе, которые формируют эти полосы в виде полос тигра. Их результаты опубликованы в Nature Astronomy.
Команда была особенно заинтересована в понимании того, почему полосы присутствуют только на южном полюсе луны, но также стремилась выяснить, почему трещины расположены так равномерно.
Ответ на первый вопрос довольно прост. Исследователи выяснили, что трещины, которые составляют эти полосы, могли образоваться на любом полюсе, но просто юг как раз первый случайно раскололся.
Энцелад испытывает внутреннее нагревание из-за эксцентриситета своей орбиты. Иногда он немного ближе к Сатурну, а иногда и немного дальше, что приводит к тому, что луна слегка деформируется - растягивается и сжимается - в ответ на гравитацию планеты-гиганта. Именно этот процесс удерживает луну от полного замерзания.
Ключом к образованию трещин является тот факт, что полюса Луны испытывают наибольшие эффекты этой гравитационно-индуцированной деформации, поэтому ледяной покров является самым тонким. В периоды постепенного похолодания на Энцеладе, некоторые из подземных океанов Луны замерзают. А вода расширяется, поскольку она замерзает, поскольку ледяная кора утолщается снизу, давление в нижележащем океане увеличивается, пока ледяная раковина, в конечном счете, не расколется, создавая трещину. Из-за сравнительно тонкого льда полюса наиболее подвержены образованию трещин.
Исследователи считают, что трещина, названная в честь города Багдад, была первой, которая сформировалась. (Полосы названы в честь мест, упомянутых в рассказах «Тысяча и одна ночь», которые также называются «Аравийские ночи»). Однако он не просто снова замерз. Он оставался открытым, позволяя океанской воде извергаться из его трещины, что, в свою очередь, приводило к образованию еще трех параллельных трещин.
«Наше объяснение объясняет почти одинаковое расстояние между трещинами», - сказал Рудольф.
Дополнительные трещины образовались из-за массы льда и снега, накапливающихся по краям трещины в Багдаде, когда струи воды из подземного океана замерзли и снова упали. Этот вес добавил новую форму давления на ледяной покров.
«Это привело к тому, что ледяной покров изогнулся ровно настолько, чтобы образовалась параллельная трещина на расстоянии около 35 километров», - добавил Рудольф.
То, что трещины остаются открытыми и извергаются, также связано с приливными эффектами гравитации Сатурна. Деформация Луны препятствует заживлению раны - многократно расширяя и сужая трещины и извергая воду из них - предотвращая повторное застывание льда.
Для большей луны ее собственная гравитация была бы сильнее и препятствовала бы открытию дополнительных переломов. Таким образом, эти полосы могли образоваться только на Энцеладе.
«Поскольку именно благодаря этим трещинам мы смогли отобрать и изучить подземный океан Энцелада, любимый астробиологами, мы подумали, что важно понимать силы, которые их формировали и поддерживали», - сказал Хемингуэй. «Наше моделирование физических эффектов, испытываемых ледяной оболочкой Луны, указывает на потенциально уникальную последовательность событий и процессов, которая могла бы позволить существовать этим отличительным полосам».
