Ученые объяснили наличие наночастиц «песка» в выбросах Энцелада

Одна из уникальных отличительных черт Энцелада — гейзеры водяного пара, вырывающиеся из-под белоснежной ледяной поверхности в его южной области. Группа американских исследователей разработала подробную аналитическую модель подповерхностных течений спутника, чтобы наконец объяснить наличие кремниевых наночастиц в водяных выбросах, составляющих основу одного из внешних колец Сатурна.

Энцелад — шестой по величине из 83 спутников Сатурна и один из наиболее загадочных и интересных для изучения тел Солнечной системы. Вся его поверхность покрыта многокилометровым слоем льда, из-за чего он отражает более 80% падающего на него излучения. Под поверхностью спутника расположен глобальный океан соленой жидкой воды, прорывающейся через трещины в ледяной коре южного полярного региона в виде мощных гейзеров.

Аппарат «Кассини», изучавший Сатурн и его спутники с 2004 по 2017 год, провел химический анализ южнополярных шлейфов, составляющих основу 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.

И если в общих чертах процесс появления кремнезема в выбросах Энцелада понятен, то какие конкретно механизмы стоят за формированием таких гейзеров — было не до конца ясно. В новой работе группа американских исследователей под руководством ученых из Калифорнийского университета разработала аналитическую модель, описывающую, как за счет приливной деформации в силикатном ядре Энцелада образуются тепловые конвективные потоки, приводящие к наблюдаемым выбросам. Подробные описания модели и результатов ее применения ученые изложили в статье, опубликованной в журнале Communications Earth & Environment.

Давно известно, что активная геология Энцелада подпитывается приливными силами, возникающими при его вращении вокруг Сатурна. Гравитация газового гиганта растягивает и сжимает спутник, деформируя и создавая трение как в ледяной оболочке, так и в пористом силикатном ядре. Из-за этих процессов поверхность Энцелада покрывается трещинами, а ядро, как показало новое исследование, нагревается достаточно для формирования горячих и узких турбулентных зон апвеллинга.

Концептуальное представление конвекционных столбов Тейлора на южном полюсе Энцелада / © Schoenfeld A. M. et al, Communications Earth & Environment, 2023

Эти зоны, представленные в модели в виде так называемых конвекционных столбов Тейлора, имеют цилиндрическую форму и поднимают глубинные воды океана вместе с частицами кремнезема к поверхности, где затем они выбрасываются в космос.

«Наше исследование показывает, что эти потоки достаточно сильны, чтобы подбирать материалы со дна и доставлять их к ледяной оболочке, отделяющей океан от космического вакуума. Трещины, известные как тигровые полосы, что прорезают всю толщу ледяного панциря вплоть до подповерхностного океана, могут служить прямыми каналами для захваченных материалов, выбрасываемых в космос. Энцелад дает нам бесплатные образцы того, что скрыто глубоко в его недрах», — пояснила ведущий автор исследования Эшли Шенфельд (Ashley Schoenfeld), докторант Калифорнийского университета по планетологии.

Помимо наночастиц кремнезема, аппарат «Кассини» обнаружил значительное количество газообразного водорода в шлейфах, генерируемых Энцеладом. Вместе эти два факта представляют убедительные доказательства гидротермальной активности на дне океана. На Земле в аналогичных глубоководных гидротермальных жерлах находят себе пристанище множество живых организмов, которые питаются выделяемыми там минералами.

Будущие космические миссии должны будут собрать больше данных о гидротермальной активности Энцелада, что позволит ученым продолжить изучение физических и химических свойств системы «ядро — океан» и ответить на вопрос о существовании там какой-либо жизни.