Saturnus måne Enceladus har fängslande forskare sedan dess Voyager 2 uppdrag som passerade genom systemet 1981. Mysteriet har förstörts först sedan ankomsten av Cassini 2004, som inkluderade upptäckten av fyra parallella, linjära sprickor runt den södra polära regionen. Dessa funktioner fick smeknamnet "Tiger Stripes" på grund av deras utseende och hur de skiljer sig från resten av ytan.
Sedan deras upptäckt har forskare försökt svara på vad dessa är och vad som skapade dem i första hand. Tack och lov har ny forskning under ledning av Carnegie Institute of Science avslöjat fysiken som styr dessa sprickor. Detta inkluderar hur de är relaterade till månens plommonaktivitet, varför de visas runt Enceladus sydpol och varför andra kroppar inte har liknande funktioner.
Studien, som nyligen dök upp i tidskriften Naturastronomi, leddes av Doug Hemingway - en Carnegie-medarbetare med institutets avdelning för jordmagnetism. Han förenades av planetforskare Maxwell Rudolph från University of California Davis och Michael Manga från University of California Berkeley.
För deras studie använde teamet geofysiska modeller av Enceladus för att undersöka de fysiska krafterna som gjorde det möjligt för Tiger Stripes att bildas och förbli på plats över tid. Av särskilt intresse var orsaken till att dessa ränder endast finns på månens sydpol och varför de är så jämnt åtskilda. Som Hemingway förklarade:
”Först sett av Cassini-uppdraget till Saturnus är dessa ränder som inget annat känt i vårt solsystem. De är parallella och jämnt fördelade, ungefär 130 kilometer långa och 35 kilometer från varandra. Det som gör dem särskilt intressanta är att de kontinuerligt bryter ut med vattenis, även när vi talar. Inga andra isiga planeter eller månar har något som gillar dem. ”
Svaret på den första frågan visade sig vara ganska intressant. Uppenbarligen avslöjade modellerna att sprickorna som utgör ränderna kunde ha bildats vid endera polen, de bildades helt enkelt på sydpolen först. Anledningen till deras existens har å andra sidan att göra med Enceladus interaktion med Saturnus och excentriciteten i dess bana.
För att bryta ner det tar Enceladus lite över en dag (1,37 för att vara exakt) för att slutföra en enda bana av Saturnus. På grund av 2: 1 medelrörelsebanresonans har den med angränsande Dione, Enceladus upplever viss excentricitet i sin bana (0,0047), som går från 236 918 km (147 214 mi) närmast (periapsis) till 239 156 km (148,605 mi) ) längst (apoapsis).
Denna excentricitet får Enceladus att sträcka och flexa, vilket resulterar i intern uppvärmning och geotermisk aktivitet. Den här processen gör det möjligt för Enceladus att upprätthålla ett inre hav vid dess kärnmantelgräns. Det är vid polerna där de största effekterna av denna gravitationsinducerade deformation känns mest, vilket leder till att isarken blir tunnare här och att sprickor bildas.
Denna process leder också till perioder med kylning, under vilken tid en del av Enceladus underjord fryser. Denna upptining och frysning kommer att göra att isarken blir tjockare och tunnare underifrån och orsakar förändringar i tryck som leder till sprickor. Eftersom isarken är tunnare vid polerna är den mest mottaglig för sprickbildning, vilket leder till Tiger Stripes.
Dessa funktioner tar alla sina namn från städer som finns med i det arabiska kompendiet av folksaga De arabiska nätter: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus och Damascus Sulcus. Teamet tror att Baghdad Sulcus-sprickan var den första som bildades och inte frystes upp igen efter. Detta tillät vattenflöden att sprida inifrån, vilket så småningom fick ytterligare tre parallella sprickor att bildas.
I grund och botten, efter att vattenflödena som sprutats från månens yta, skulle de frysa ut i rymden och omplaceras som snö på ytan. När snön byggdes upp längs kanterna på Bagdad-sprickan tillförde den ackumulerade vikten ytterligare en källa för tryck på isarken. Som Max Rudolph förklarade redovisar detta inte bara hur dessa sprickor bildades, utan varför de löper parallellt med varandra.
"Vår modell förklarar sprickornas regelbundna avstånd," sade han. "Det fick isen att böja sig tillräckligt för att sätta igång en parallell spricka cirka 35 kilometer bort."
Samma mekanism förklarar varför Enceladus sprickor förblir öppna och håller utbrott med vattenflöden. Månens tidvatteninteraktion med Saturnus leder till en konstant cykel av sträckning och böjning. Detta förhindrar att sprickorna stängs och i stället säkerställer att de upplever ett regelbundet mönster av breddning och minskning.
När det gäller varför detta händer på Enceladus och inte andra månar - som Ganymede, Europa, Titan och andra ”havsvärldar” - som kommer ner till storlek. Större månar har starkare tyngdkraft som förhindrar sprickor orsakade av tidvatteninteraktioner från att öppna hela vägen till det inre. Följaktligen är Enceladus den enda kända isiga månen där Tiger Stripes kan förekomma. Som Hemingway kännetecknade det:
”Eftersom det är tack vare dessa sprickor som vi har kunnat prova och studera Enceladus underjordiska hav, som är älskad av astrobiologer, tyckte vi att det var viktigt att förstå krafterna som bildade och upprätthöll dem. Vår modellering av de fysiska effekterna som upplevs av månens isiga skal pekar på en potentiellt unik sekvens av händelser och processer som kan göra det möjligt för dessa distinkta ränder att existera. "
Under de följande decennierna hoppas man att ytterligare ett uppdrag kan skickas till Saturn-systemet för att utforska Enceladus mer detaljerat. Redan data som erhållits av Cassini har bekräftat att plommorna som bryter ut från dess sprickor innehåller organiska molekyler. Framtida uppdrag kommer att försöka avgöra om utomjordiskt liv finns under månens isiga yta också.
