Egy jeges hold forró belseje
(Rovat: Cassini, Távoli világok kutatói - 2017.11.29 07:15.)

A Szaturnusz körüli küldetése során a Cassini számos érdekességet fedezett fel a Szaturnusz hatodik legnagyobb holdjának, az Enceladusnak a geológiai aktivitásával kapcsolatban.

A Cassini megfigyelései alapján a kutatók felfedezték, hogy a teljesen fagyottnak tűnő, vastag jeges felszín alatt egy hatalmas óceán van, sőt a felszíni repedéseken keresztül rendszeresen ásványi anyagokat tartalmazó vízgőz gejzírek törnek a felszínre mintegy 1200 km/h sebességgel.

Az Enceladus déli sarkvidéke látható a Cassini 2009. november 21-én készült felvételén. Több mint 30 különböző méretű gejzírt örökített meg a felvétel. (Kép: NASA / JPL / Space Science Institute)

A megfigyelések ellenére sokáig rejtély övezte, hogy mi a geológiai aktivitás hajtóereje. Habár az Enceladus mindössze olyan átmérőjű, mint Arizona, de egyike a legfényesebb égitesteknek a Naprendszerben. Ennek az az oka, hogy a jéggel borított felszíne a rá eső napsugarak szinte 100%-át visszaveri. A felszíni hőmérséklete is szokatlanul alacsony, mindössze –200 °C körüli. Aprócska méretét, jeges és hideg felszínét figyelembe véve azt várná az ember, hogy az Enceladus nem sokkal a kialakulása után teljesen fagyott világgá dermedt. De a megfigyelések nem ezt mutatják.

Vajon hogyan maradhatott geológiailag aktív az Enceladus, míg a hasonló méretű szomszédja, a Mimas nevű hold úgy tűnik, hogy teljesen fagyott és halott. Nem kellett volna az Enceladus jeges felszíne alatt lévő óceánnak is megfagynia évmilliárdokkal ezelőtt? Ezekre a kérdésekre, amelyek az elmúlt évtizedben foglalkoztatták a csillagászokat és a geológusokat is, talán végre választ kaphatunk a Nature Astronomy folyóirat cikkében.

A tanulmányban a kutatók bemutatják az Enceladus első számítógépes modelljét, amely nemcsak a hold alapvető jellemzőit tükrözi, hanem egy olyan hatékony fűtési mechanizmust is magába foglal, amellyel az Enceladus milliárd évekig képes fenntartani felszín alatti folyékony óceánját.

Még mindig nem teljesen egyértelmű, hogy hol kapja azt az energiát az Enceladus, ami elég ahhoz, hogy aktív maradhasson – nyilatkozta Gaël Choblet, a franciaországi Nantes-i Egyetem munkatársa a sajtóközleményben –, de most mélyrehatóbban tanulmányoztuk annak a lehetőségét, hogy a hold sziklás magjának a struktúrája és anyagának összetétele kulcsfontosságú lehet a szükséges energia előállításában.

A kutatók hosszú évekig azt feltételezték, hogy a jéggel borított holdak felületén ható gravitációs erők elég hőt termelhetnek a felszín alatti óceánok fenntartásához. Azonban az előzetes kutatások azt mutatták, hogy ha az Enceladus jeges kérge csak a Szaturnusz és a követő holdak árapályhatása miatt hullámzana, akkor mindössze annyi hő keletkezne, amely annyira lenne elég, hogy a felszín alatti óceán csupán 30 millió évig maradjon folyékony állapotban.

A kutatóknak akkor sikerült átütő eredményeket elérni a számításokban, amikor elvetették azt a feltevést, hogy az Enceladus magja szilárd kőmag. Ehelyett azt feltételezték, hogy a mag porózus, és mintegy 20–30% üres helyet tartalmaz. Ezekkel a paraméterekkel a modell a következő eseményt vázolta: miközben az Enceladus megkerüli a Szaturnuszt, az árapályerők könnyen mozgatják a hold magját, aminek következtében a kőzetdarabok súrlódnak a magban, elegendő energiát felszabadítva. Mivel a hő az Enceladus magjában keletkezik, valamilyen módon elszigetelve kell, hogy maradjon és az idő előrehaladtával mennyisége jelentősen megnő. Mivel a hold magja félig áteresztő módon viselkedik, így az óceán vize is áthalad a porózus magon. Így a forró magban tárolt energiát átveszi a víz, amelyet a mag így legalább 90 °C-ra melegít. Ennek következtében az Enceladus tengerfenekén úgynevezett forró foltok jelennek meg. A kutatók szimulációja azt mutatta, hogy ezeknek a tengerfenéken lévő forró foltoknak az egyike képes volt öt gigawatt teljesítményt felszabadítani. Összehasonlításképpen, a Colorado folyón épített Hoover-gát erőműve képes több mint két gigawatt teljesítményre.

Ez a keresztmetszeti kép a Szaturnusz fagyos holdjának, az Enceladusnak a fűtési mechanizmusát ábrázolja. Ahogy a hideg víz beszivárog a porózus kőzetmagba, a víz felmelegszik az árapályerők által keltett hőtől. Ez a forró víz ezután a tengerfenéken forró foltokat hoz létre, felfelé tartó meleg áramlást okoz, végül az óceán külső jeges héjának egyes területeit megolvasztja. Emiatt a felszínen repedések keletkeznek, amelyekből gejzírek indulnak el az űrbe, vízgőzt és részecskéket szállítva. (Kép: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / LPG-CNRS / U. Nantes / U. Angers / ESA)

Továbbá a modell azt mutatta, hogy ez a globális vízmelegítő rendszer a hold pólusainál a legerősebb, ahol meleg, ásványi anyagokban gazdag víz áramlik a tengerfenékről a jeges külső héjra. Idővel ez a felszín alatti fűtési rendszer az Enceladus fagyasztott kérgét annyira megolvasztotta a déli pólusnál, hogy az ott mindössze néhány km vastagságú – ahol a hold gejzírjei találhatók. Eközben az Enceladus más részein a külső jeges héj hozzávetőlegesen 20–25 km vastag.

A szimulációk egyidejűleg képesek megmagyarázni a folyékony óceán létezését, amely a nagy skálás fűtéstranszport következménye a bolygó belseje és a jeges jégkéreg között, illetve a déli pólus szűk környezetében megfigyelt aktivitást is. Így a modell magyarázza azokat a fő jellemzőket, amelyeket a Cassini fedezett fel – mondta Gabriel Tobie társszerző, a Nantes-i Egyetem munkatársa.

Habár az Enceladus északi féltekéjén számos becsapódásos kráter látható, addig a déli félteke (különösen a déli pólus vidéke) szinte teljesen becsapódásmentes. E térség ehelyett számtalan ház nagyságú „jégkővel” borított terület, valamint nagyon hosszú, kanyargós gleccserszakadékok láthatóak, amelyek „tigriscsíkok” néven is ismertek. Ezekből a viszonylag meleg csíkokból repedések formálódnak és eltűnnek, óriási gejzíreket hozva létre, amelyek a felszín alatti óceánból „táplálkoznak”. (Kép: NASA / JPL-Caltech / SSI / ESA)

Figyelembe véve, hogy az élet a Földön ilyen környezetben is kialakult, egy újabb fontos kérdést vet fel a tanulmány: létezhet-e az élet az Enceladus forró, ásványi anyagokat tartalmazó hidrotermális foltjai közelében? És ha igen, hogyan tanulmányozzuk ezeket a helyeket? Nicolas Altobelli, az ESA Cassini-projektjének kutatója szerint a jövőbeni küldetések képesek lesznek pontosabban elemezni a szerves molekulákat, mint a Cassini, így kimutathatóvá válik majd, hogy a hidrotermális körülmények kedveztek-e az élet kialakulásának.