När Cassini uppdrag anlände till Saturnus-systemet 2004, upptäckte det något ganska oväntat på Enceladus södra halvklot. Från hundratals sprickor belägna i polarområdet spottades plommon med vatten och organiska molekyler med jämna mellanrum. Detta var den första indikationen på att Saturnus måne kan ha ett inre hav orsakat av hydrotermisk aktivitet nära kärnmantelgränsen.
Enligt en ny studie baserad på Cassini data, som den skaffade innan du dök in i Saturnus atmosfär den 15 september, denna aktivitet kan ha pågått länge. Studieteamet drog faktiskt slutsatsen att om månens kärna är porös nog, kunde den ha genererat tillräckligt med värme för att upprätthålla ett inre hav under miljarder år. Denna studie är den mest uppmuntrande indikationen ännu att Enceladus inre kunde stödja livet.
Studien, med titeln "Driva förlängd hydrotermisk aktivitet i Enceladus", dykte nyligen upp i tidskriften Naturastronomi. Studien leddes av Gaël Choblet, en forskare vid planetariska och geodynamiska laboratorierna vid University of Nantes, och inkluderade medlemmar från NASA: s Jet Propulsion Laboratory, Charles University och Institute of Earth Sciences och Geo- and Cosmochemistry Laboratory vid universitetet av Heidelberg.
Före Cassini uppdragets många flybys av Enceladus, forskare trodde att månens yta var sammansatt av fast is. Det var först efter att ha lagt märke till plommonaktiviteten som de förstod att det hade vattenstrålar som sträckte sig hela vägen ner till ett varmt vatten i sitt inre. Från de uppgifter som erhållits av Cassini forskare kunde till och med göra utbildade gissningar om var detta inre hav låg.
Sammantaget är Enceladus en relativt liten måne som mäter cirka 500 km (311 mi) i diameter. Baserat på gravitationsmätningar utförda av Cassini dess inre hav tros ligga under en iskall yttre yta på djup 20 till 25 km (12,4 till 15,5 mi). Emellertid tunnar denna yta till cirka 1 till 5 km (0,6 till 3,1 mi) över den södra polära regionen, där vattenstrålarna och isiga partiklar strålar genom sprickor.
Baserat på hur Enceladus kretsar om Saturnus med en viss slingr (alias libration) har forskare kunnat göra uppskattningar av havets djup, som de placerar på 26 till 31 km (16 till 19 mil). Allt detta omger en kärna som tros vara sammansatt av silikatmineraler och metall, men som också är porös. Trots alla dessa fynd har källan till den inre värmen förblivit något av en öppen fråga.
Denna mekanism skulle behöva vara aktiv när månen bildades för miljarder år sedan och är fortfarande aktiv idag (vilket framgår av den nuvarande plumaktiviteten). Som Dr. Choblet förklarade i ett ESA-pressmeddelande:
"Där Enceladus får den vedvarande kraften att förbli aktiv har alltid varit lite mystiska, men vi har nu mer detaljerat övervägt hur strukturen och sammansättningen av månens steniga kärna kan spela en nyckelroll för att generera den nödvändiga energin."
I flera år har forskare spekulerat att tidvattenkrafter orsakade av Saturnus gravitationspåverkan är ansvariga för Enceladus inre uppvärmning. Sättet Saturnus skjuter och drar månen när den följer en elliptisk väg runt planeten tros också vara det som får Enceladus 'isiga skal att deformeras, vilket orsakar sprickor runt den södra polära regionen. Samma mekanismer tros vara det som är ansvarig för Europas inre varmvattenhav.
Men energin som produceras av tidvattenfriktion i isen är för svag för att motverka värmeförlusten från havet. I takt med att Enceladus hav förlorar energi till rymden skulle hela månen frysa fast inom 30 miljoner år. På liknande sätt är det naturliga förfallet av radioaktiva element i kärnan (vilket också har föreslagits för andra månar) också cirka 100 gånger för svagt för att förklara Enceladus inre och plumaktivitet.
För att ta itu med detta genomförde Dr. Choblet och hans team simuleringar av Enceladus kärna för att avgöra vilken typ av förhållanden som skulle kunna möjliggöra tidvattenuppvärmning över miljarder år. Som de säger i sin studie:
”I avsaknad av direkta begränsningar för de mekaniska egenskaperna hos Enceladus kärna, överväger vi ett brett spektrum av parametrar för att karakterisera hastigheten för tidvattenfriktion och effektiviteten för vattentransport genom poröst flöde. Den okonsoliderade kärnan i Enceladus kan ses som ett mycket kornigt / fragmenterat material, i vilket tidvattendeformation troligen kommer att förknippas med intergranulär friktion under fragmentarrangemang. "
Vad de hittade var det för att Cassini iakttagelser som ska genomföras, Enceladus kärna måste vara gjord av okonsoliderad, lätt deformerbar, porös sten. Denna kärna kan lätt genomsyraas av flytande vatten, som skulle sippra in i kärnan och gradvis upphettas genom tidvattenfriktion mellan glidande bergfragment. När detta vatten var tillräckligt uppvärmt, skulle det stiga uppåt på grund av temperaturskillnader med omgivningen.
Denna process överför i slutändan värme till det inre havet i smala plommon som stiger till möte Enceladus iskalla skal. Väl när den är där får den att isen smälter och bildar sprickor genom vilka strålar når ut i rymden, spyrvatten, ispartiklar och hydratiserade mineraler som fyller Saturns E-ring. Allt detta överensstämmer med observationerna från Cassini och är hållbart ur geofysisk synvinkel.
Med andra ord kan denna studie visa att åtgärder i Enceladus kärna skulle kunna producera den nödvändiga uppvärmningen för att upprätthålla ett globalt hav och producera plommonaktivitet. Eftersom denna åtgärd är ett resultat av kärnans struktur och tidvatteninteraktion med Saturnus, är det helt logiskt att det har ägt rum i miljarder år. Så utöver att ge den första sammanhängande förklaringen till Enceladus plommeaktivitet, är denna studie också en stark indikation på vanlighet.
Som forskare har förstått tar livet lång tid att komma igång. På jorden beräknas det att de första mikroorganismerna uppstod efter 500 miljoner år, och hydrotermiska ventiler tros ha spelat en nyckelroll i den processen. Det tog ytterligare 2,5 miljarder år för det första multicellulära livet att utvecklas, och landbaserade växter och djur har bara funnits under de senaste 500 miljoner åren.
Att veta att månar som Enceladus - som har nödvändig kemi för att stödja livet - har också haft den nödvändiga energin i miljarder år är därför mycket uppmuntrande. Man kan bara föreställa sig vad vi kommer att hitta när framtida uppdrag börjar granska sina skogar närmare!
