Гейзеры на Энцеладе объяснили приливным движением вдоль «тигровых полос»

Космический аппарат «Кассини», пролетая систему Сатурна в 2005 году, зафиксировал необычную активность на одном из спутников газового гиганта: из-под поверхностного льда небольшой (500 километров) луны Энцелада вырывались струи паров воды. Гейзеры локализованы в районе южного полюса Энцелада, в четырех параллельных разломах, неофициально прозванных «тигровыми полосами». Этот факт указал на то, что под поверхностью спутника есть жидкая вода и, возможно, жизнь.

Дальнейший биохимический анализ паров показал наличие в этой воде аммиака, метана и углекислого газа, а моделирование на Земле убедительно доказало присутствие на Энцеладе спиртов, молекулярного кислорода, азота и других веществ. Сам регион «тигровых полос» теплее, чем остальное тело спутника, а струи воды и частиц льда снабжают материалом кольцо Е у Сатурна. Эти четыре трещины, по некоторым данным, могли возникнуть после столкновения с неизвестным объектом, а в качестве причин их извержений предполагалось приливное воздействие Сатурна.

Группа планетологов из Калифорнийского технологического института в США решила проверить эту версию. Они построили трехмерные модели «тигровых полос» и смоделировали приливное воздействие, подвергая ледяную оболочку Энцелада влиянию внешних сил. Также ученые рассчитали возможную деформацию разломов при постоянных орбитальных периодах. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Первое, что наводит на мысль о приливном воздействии, — это совпадение циклов активности гейзеров и орбитального движения Энцелада вокруг Сатурна. И там и там этот период равен 32,9 часа. При создании моделей авторы работы обозначили толщину ледяной коры приблизительно в 30 километров, а в районе южного полюса — около 10 километров. Выяснилось, что в течение своего орбитального периода лед в разломах трется друг о друга, время от времени раскрываясь и высвобождая струи жидкой воды.

Это приводит к двум пикам активности гейзеров «тигровых полос». Первый возникает при истинной аномалии в 15 градусов (при взгляде на южный полюс и ориентации разломов на 30 градусов). В этот момент действует левосторонний сдвиговый импульс. Его сила ослабевает до аномалии в 105 градусов.

Второй пик случается при правостороннем сдвиговом импульсе около аномалии в 195 градусов. Периоды трения коррелируют с силой выброса воды: пиковая активность наблюдается при аномалиях в 30 и 200 градусов. Совпадает и период низкой активности при нулевом трении льдов при аномалии в 315 градусов. Однако эта корреляция зависит от коэффициента трения — ученые построили три модели с тремя разными значениями.

Также во время постоянных циклов сдвига, как установили исследователи, разломы не смещаются, поскольку давление льдов в этом регионе гораздо сильнее, чем импульс при раскрытии рифтов. А жидкая вода, которая образуется либо при трении, либо берется из подповерхностного океана, может дополнительно смазывать места контактов в разломах и снижать коэффициент трения почти до нуля.

Помимо этого, по мнению планетологов, во время ударно-скользящих движений льда при лево- и при правостороннем импульсе создается растяжение отдельных изгибов вдоль «тигровых полос». А благодаря этому из глубинного океана поднимается вода, что напоминает подачу магматического материала при извержениях вулкана. Также исследователи предположили, что периодические трения льдов вдоль «тигровых полос» влияют на эволюцию рельефа южного полушария. Но деформации в этом регионе, вероятно, стали следствием множества процессов — в том числе приливных сил.

Ученые активно анализируют вопрос об активности и извержениях из подледного океана у южного полюса Энцелада потому, что наличие многих соединений в выбросах местных гейзеров указывает на возможность существования на этом спутнике Сатурна простейшей жизни, в чем-то напоминающей древних хемоавтотрофов земных океанов.