Планетологи давно пытаются понять, откуда гейзеры на одном из ледяных спутников Сатурна Энцеладе черпают воду. Конкурируют две гипотезы: либо из глобального подповерхностного океана луны, либо она возникает при трении «тигровых полос» — четырех трещин, замеченных на поверхности спутника. Новая термодинамическая модель планетологов, опирающаяся на поведение морской воды и ледников, показала новый вероятный источник материала для гейзеров — это зона, где вода состоит в двух агрегатных состояниях.
Изображение южнополярных шлейфов, выброшенных гейзерами Энцелада. Собрано по двум четким отфильтрованным фотографиям, сделанным аппаратом «Кассини» 21 ноября 2009 года / © NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
Космический аппарат «Кассини», пролетая систему Сатурна в 2005 году, зафиксировал необычную активность на южном полюсе одного из спутников газового гиганта: из-подо льда небольшой (500 километров) луны Энцелада вырывались струи паров воды. Гейзеры извергаются из четырех параллельных разломов, прозванных тигровыми полосами. Тогда астрономы открыли на спутнике предполагаемый океан жидкой и соленой воды.
Однозначного ответа на вопрос о том, откуда берутся струи гейзеров, нет. Есть две гипотезы: либо вода черпается напрямую из подповерхностного океана в минуты, когда приливное действие раскрывает трещины «тигровых полос», либо образуется при трении ледяных створок, опять же, из-за приливных сил.
Первое предположение считается наиболее вероятным, поскольку подтверждает наличие океана на Энцеладе, а извергаемый в космос лед содержит соли, в то время как ледяная оболочка спутника считается пресной.
Но при каких обстоятельствах выбросы гейзеров могут оставаться солеными без связи с глобальным океаном Энцелада? Такую задачу недавно решили планетологи из США, Франции и Великобритании. Их двухмерная модель предполагает, что на границе вода-лед есть прослойка, где вода существует в твердой и жидкой фазах одновременно. Такая область объясняет разнородный состав шлейфа от этих извержений, долетающего до кольца Е Сатурна, оно предпоследнее по расстоянию от центра планеты. Новое исследование опубликовал журнал Geophysical Research Letters.
Разнородность гейзерных выбросов, вызывающая вопросы, состоит в том, что выброшенные в космос зерна льда как соленые, так и бессолевые. Еще в их составе присутствуют метан, углекислый газ, молекулярный водород, а также водяной пар и органика. Именно эти вещества создают из ледяного Энцелада кандидата на обитаемость. Правда, как показали свежие модели, ее выброс вовне крайне маловероятен, океан луны, скорее всего, разделен на слои. И, возможно, «Кассини» ошибся, изучая состав шлейфа. А может, обнаруженная тогда органика вовсе не от спутника Сатурна.
Тем не менее одновременное присутствие как соленых, так и пресных льдин, выброшенных гейзерами Энцелада, указывает на неоднородную среду, напоминающую, например, замерзание морской воды возле ледников. Специалисты смоделировали температурный режим, наиболее вероятный для зоны соприкосновения жидкой энцеладовой воды с ледяной оболочкой, а также рассчитали соленость океана и льда (потенциально там много поваренной соли NaCl). Область воспроизводили в отдельно взятой трещине «тигровых полос».
Пограничная зона представляет собой «ледовую кашу», где вода находится в двух агрегатных состояниях: жидком и твердом. Резервуар этой воды, по мысли исследователей, может располагаться внутри ледяного панциря спутника. Приливные силы вызывают трение между стенами трещин. В результате плавится лед, и, согласно термодинамической модели авторов статьи, так образуется разнородный «рассол». Холодная доля оседает на дно, а более теплая и пресная поднимается ближе к трещинам.
Стоит сказать, что морская вода замерзает при минус 1,8 °C, а пресная — при нуле. Таким образом, соль скапливается в нижней части «ледовой каши». Вследствие такой циркуляции при раскрытии трещин наружу выбрасывается поток двухфазной воды спутника. Механизм, когда гейзеры черпают жидкую и твердую воду из смеси «ледовой каши» и «рассола», как отмечают специалисты, объясняет разнородный состав шлейфа, а объемы расчетных извержений соответствуют наблюдаемым — 300 килограммов в секунду. По словам планетологов, количество материала в резервуарах ничтожно мало по сравнению с объемом океана Энцелада, который составляет приблизительно 20 миллионов кубических километров.
