Интересът към шестия по големина спътник на Сатурн се прояви сред астрономите, след като покрай планетата-гигант прелетяха апаратите на НАСА, „Вояджър”.

Енцелад е един от най-ярките обекти в Слънчевата система. Покрит е с воден лед, който отразява слънчевата светлина като току-що паднал сняг и отразява почти 100% от слънчевата светлина.

Най-добре подобни характеристики на Енцелад би обяснила покриващата го ледена кора. Но за 4.5 млрд. години, изминали от момента на образуването на спътника, белият цвят на леда би трябвало да потъмнее, поради падналите върху Енцелад метероити.

Парадоксът насочи учените към мисълта за геологична активност на необичайната луна. Астрономите предположиха, че на Енцелад, могат да съществуват действащи вулкани. Вместо лава и пепел, тези вулкани изхвърлят в космическото пространство потоци от замръзнала вода - криовулкани. Допълнителен довод в полза на наличието на Енцелад на криовулкани стана откриването на атмосфера на тази малка луна.

Диаметърът му е само 500 km, плътността му не е много голяма, съответно - масата му е малка, от тук следва, че и гравитационното привличане на Енцелад е недостатъчно за удържане на атмосферата. В такъв случай на луната трябва да има постоянен източник на съставящите я вещества. Атмосферата на Енцелад се състои предимно от водна пара и молекулярен водород, а останалите се падат на въглеродния диоксид, молекулярен азот и въглероден окис.


 Тигрови ивици  

Данните за наличието на атмосфера бяха донесени на учените не от „Вояджър”,  а от сондата „Касини ”. Камерите й заснеха в южния полярен регион на Енцелад необичайни разломи, получили названието тигрови ивици.

Четири огромни пукнатини с дълбочина около 500 м и ширина около 2 км, се простират на 130 км. През 2006г. Американската геологична служба USGS дори даде имена на тези разломи - сега ивиците се наричат Александрия, Каир, Багдад и Дамаск.

Астрономите предположиха, че именно през тези пукнатини от недрата на спътника изригват лед и различни газове.

Гейзери

Последното прелитане на сондата „Касини” над този регион на спътника беше на  13 август 2010г. Следващото прелитане, което ще позволи съставянето на подобна карта ще се състои не по-рано от 2015г. 

На фотографиите учените са открили нови пукнатини, които по-рано не са били забелязани. Изображенията направени от инфрачервения спектрометър на „Касини”са показали, че от пукнатините излиза топлина.

Средната температура на „тигровите ивици" е около -83.15 С. Температурата на повърхността на Енцелад в другите региони е около -233.15 С.

Точно над района на „тигровите ивици” са заснети гейзери, които изхвърлят воден лед, пара и смеси от други вещества, издигащи се на височина до 500 и повече километра. „Касини” наблюдава около 30 струи. С наслагването на инфрачервена карта и такава във видимата светлина, учените доказват, че пукнатините са източник на струите.

Още през 2007г., планетните изследователи успяха да свържат всички детайли в по-стройна картина, но в нея не достигаше ключовото звено – обяснението на енергетичното захранване на такъв криовулканизъм, тъй като за него се изисква източник на енергия с мощност поне 6 GW.

Хипотези

Астрономите предложиха две хипотези:.

Първата предполагаше, че причината за образуването на фонтаните са съседите на Енцелад, Сатурн и/или Мимас. Освен това, Енцелад има резонанс 2:1 с орбиталното въртене на луната Диона. Поради гравитационното взаимодействие с тях, повърхността на Енцелад периодично се деформира - такова явление е получило названието приливно взаимодействие. При това, вътрешностите на луната се нагряват, а пукнатините на полюса се разширяват. Под въздействието на топлината, ледената кора на Енцелад се топи и се събира по стените на тигровите ивици. Когато гравитационното влияние на Сатурн и другите спътници размества разломите, ледът изригва от тях.

Уви, според последните оценки на мощността на приливната сила, тя е приблизително с 2 порядъка по-ниска от необходимата за наблюдаваната активност.

Поддръжниците на втората хипотеза настояват, че под ледената повърхност на Енцелад е скрит течен океан.Съществено уточнение на картината получиха Крейг О’Нийл от австралийския университет, Мак Къори и Френсис Нимо от Калифорнийския университет.

Те построиха и проиграха на компютър подробен модел на вътрешността на Енцелад и неговата тектоника на плочите.

И макар, че всичко това са само пресмятания, те са направени комплексно, с всички данни, събрани от сондата „Касини”  за няколко години работа в системата на Сатурн.

Франсис Нимо успя да получи отговор на въпроса, зададен от самия него преди година и половина – тогава ученият и неговите колеги установиха, че океанът на Енцелад неотклонно върви към замръзване. Според уточнените данни, темпът на топлинните загуби на спътника превишава скоростта на доставянето на енергия от приливите минимум 3.5 пъти. И това, сякаш, убиваше идеята за приливното генериране на фонтаните – тогава, за сметка на какво работят те?

Днес хипотезата успя да се завърне към живот - за целта учените трябваше да прибегнат до аналогията на лава-лампа. Буквално, така пише в съобщението на Лабораторията на реактивни движения  JPL.

Според новия модел, топлината в недрата на спътника формира зона с топъл лед. Отделните най-нагрети мехури са по-малко плътни от студения лед и започват много бавно да се издигат нагоре, също както капките парафин в лава-лампата. Едновременно с това те избутват по-плътния лед надолу.

С издигането си, лавовите ледени мехури започват да се топят, в тях се формират още повече и повече течности. Триенето в стените на разломите близо до повърхността на луната добавя топлина на тези мехури, от които всъщност започват фонтаните. Разбира се, за подвижността на кората естествено допринася и дълбокия океан, отделящ ледената обвивка на спътника от каменното му ядро.

Важно е, че пристигането на поредните порции подгрети ледени мехури към повърхността на спътника настъпва периодично, също както в лава лампата можем да наблюдаваме регулярни смени на върха й на големите мехури парафин.

Според компютърния модел излиза, че превъртанията, които сякаш прекопават и обновяват част от повърхността на Енцелад, продължават по 10 млн. години, а тези активни епохи се редуват с периоди на спокойствие, продължаващи 1-2 млрд. години. В паузите луната натрупва приливна енергия.

Този акумулатор е отговорен за настоящия взрив в активността на спътника, въпреки ниския среден темп на постъпване на приливна енергия, която по редица причини се стреми към южната страна на небесното тяло. Просто, криовулканизмът на ледената луна работи само 0.5-10% от общото време на съществуването на спътника, а и вероятно се е включвал само няколко пъти.


„ Изглежда, Cassini  е уловил Енцелад в средата на бълващата му фаза.” – образно поясни откритието Франсис Немо.

 

 

Тази революционна активност на свой ред обяснява голямото различие във възрастта на повърхността на Енцелад: в неговото северно полукълбо - 4.2 млрд. години, на екватора – от 170 млн. до 3.7 млрд. години и на юг – 0.5 -100 млн. години. Според числения модел, едно такова събитие обновява от 10 до 40% от повърхността на Енцелад, което се съгласува с площта на настоящия активен регион на юг – 10% от общата повърхност.

Механизмът на регулярните, при това доста редки катастрофи, редуващи се с продължителни епохи на застой, косвено допуска предположението, че самите тигрови ивици могат да се окажат далеч по-динамични и млади образувания.

Във всеки случай, според някои оценки, основани на скоростта на изменение на повърхностния лед под действието на космическите лъчи, дадените разломи може би са само на 10 до 1000 години, което според мерките за срока на живот на луните на Сатурн е само миг.

Пръстен Е

Въз основа на изображенията получени от „Касини”, изследователите направиха заключението, че повечето от ледените кристали падат отново на повърхността като сняг. Тези частици, които успеят да избягат от гравитационното поле на Енцелад, подхранват с материя един от пръстените на Сатурн - пръстен Е. Очевидно, процесите подхранващи ледените гейзери, би трябвало да са много мощни.


Дали има условия за биологичен живот?

Последното  и най-важно доказателство за съществуването на океан на Енцелад е получено в началото на 2011 година. Разшифровката на температурните измервания показват, че в пукнатините на   Енцелад  температурата  е направо топла - 85°C, в сравнение с онези около – 200о С, които владеят повърхността му.

Някои от учените изказват хипотезата, че вместо голям океан е по-вероятно да има голямо топло подземно езеро – локализиран джоб от течна вода, около 30-50 км с температура около нула градуса по С.

Авторите на още една скорошна работа успяха да открият в гейзерите на Енцелад амоняк. Водата с амоняк замръзва при по-ниски температури, от чистата вода, затова неизвестният източник на топлина на спътника може да не е толкова интензивен, както се смяташе по-рано.

Анализът на химичния състав на кристалите е позволил да се установи, че в тях присъства бикарбонат на натрия.

По думите на изследователите, най-естественото обяснение за наличието на сода би било присъствието на океан от течна вода.

Този океан е съставен от сравнително топла и газирана вода, което й  позволява да пробие леда, смятат учените от НАСА. Въпреки това, все още не е  ясно от къде се  стопля тази вода. При всички случаи условията във вътрешността на Енцелад са класифицирани като много благоприятни за възникването на биологичен живот.

Преминавайки през гейзерите, инструментите на „Касини” са регистрирали наличието на водород, кислород, азот, въглерод и различни въглеводороди.

Сравнително топлата вода с разтворените в нея най-прости органични вещества, скрита от пагубното въздействие на космическите лъчи - какви по-идеални условия за развитието на живот?

Известието за хипотетичния подледен океан предизвика голямо вълнение в научните среди. Но оптимизмът на учените относно потенциалната обитаемост на Енцелад може да се разколебае след наскоро излязлата работа, чийто автори предложиха друг механизъм за формиране на гейзерите.

 Учените, които докладваха своите резултати на срещата на Американското геофизично общество в Торонто, се дистанцираха от един неприятен за „ енцеладоведите” факт.

  Ако Енцелад проявяваше, наблюдаваната в момента активност в течение на цялото време за своето съществуване, то той би бил с 20% по-лек, отколкото е сега. Авторите на новата хипотеза предположиха, че изхвърлянията на лед и газове на Енцелад не се случват постоянно, а представляват периодично явление. Неспокойната луна на Сатурн ту се „затопля” и после отново изстива, а може би дори напълно замръзва. А да преживеят такива периодични стресове организмите от земен тип едва ли биха могли!