Совсем недавно мы попрощались с космическим аппаратом «Кассини», который после 13 лет верного служения орбите Сатурна и его спутникам снизошел прямо в пучину атмосферы гигантской планеты. Причиной этого грандиозного финала стало предупреждение возможности того, что «Кассини» врежется в один из спутников Сатурна — в частности, Энцелад.
Энцелад уникален своим занавесом гейзеров и внутренним океаном. Сегодня эта крошечная ледяная луна считается потенциальным местом обитания жизни, поэтому мы не могли позволить ей быть загрязненной космическим аппаратом «Кассини». Новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy, предполагает, что этот океан существовал под поверхностью Энцелада в течение очень долгого времени — достаточно долго, чтобы создать все условия для развития жизни.
Гейзеры Энцелада — это выбросы соленых водно-ледяных смесей со следами углекислого газа, аммиака, метана и других углеводородов, которые прорываются из трещин в южной полярной области Энцелада. Именно из-за этих гейзеров ученые решили, что у Энцелада должен быть подповерхностный океан и этот океан активен (конвектирует). Последующее наблюдение показало, что в выбросах присутствовал водород, что привело к дополнительному заключению о гидротермальной активности — химических реакциях, обусловленных взаимодействием воды и горной породы. Но ученые не смогли объяснить, какой источник тепла мог бы привести к этой активности.
После проведения дополнительных наблюдений, тайна отсутствующего источника тепла только усилилась. Гейзеры ассоциируются с так называемыми «тигровыми полосами» — набором из четырех параллельных разломов на поверхности, длиной 100 километров и глубиной 500 метров. Температура этих полос выше, чем у остальной ледяной коры, поэтому предполагалось, что они должны быть трещинами во льду. В районе тигровых полос почти нет ударных кратеров, поэтому они должны быть очень молодыми, порядка миллиона лет. Любая модель, которая могла бы объяснить источник тепла, также должна будет учитывать его сфокусированный характер — океан мировой, но почему активен только южный полярный регион?
Несколько лет подряд ученые предпочитали объяснение «приливного нагрева» — результата взаимодействия тел планетарных размеров. Например, приливное взаимодействие с нашей собственной луной отвечает за отливы и приливы воды на Земле. Энцелад находится в орбитальном резонансе с луной Дионой, которая влияет на форму орбиты Энцелада вокруг Сатурна. Но этого влияния недостаточно, чтобы объяснить мощность, необходимую для поддержания гейзеров в активном состоянии — порядка 5 ГВт. Ее хватило бы на город размером с Санкт-Петербург.
Пористое ядро
Ученые приблизились к решению головоломки, когда взглянули на внутреннюю структуру Энцелада. У этой луны достаточно низкая плотность, чтобы она состояла преимущественно изо льда с небольшим твердым ядром. Так считали много лет, с тех пор как «Вояджер-2» сделал первые снимки Энцелада и определил его радиус, а затем и объем. Гравитационная тяга Энцелада, действующая на «Кассини», позволила оценить массу луны и вывести значение плотности тела. Измерения «Кассини» также показали, что у ядра низкая плотность, что позволяет сделать вывод о пористом характере ядра, с заполненными льдом порами.
Новая серия расчетов наполняет поры ядра скорее водой, а не льдом, потому что приливных сил, связанных с водой в порах, более чем достаточно, чтобы объяснить, как генерируется тепло Энцелада. Модель прекрасна тем, что объясняет не только пористость ядра, но и его проницаемость (насколько легко через него проходит жидкость) и прочность (треснет ли оно при прохождении жидкости?).
Совмещение всех этих параметров в одном уравнении позволяет разрешить его с созданием элегантной модели теплового потока внутри Энцелада.
Авторы работы создают трехмерное изображение того, где и когда тепло приливных движений внутри пористых пространств передается подповерхностному океану. Распределение тепла в ядре происходит не равномерно, а скорее в процессе связанных узких апвеллингов преимущественно у южного полюса. И поскольку источники тепла (температура которых достигает 85 градусов по Цельсию) так сосредоточены, рядом с ними должна быть увеличенная гидротермальная активность, объясняющая водород в извержениях.
Наконец, поразительное наблюдение, которое можно сделать в процессе анализа этой модели, состоит в том, что количества тепла, выделяемого внутренним приливом, достаточно для поддержания подземного океана Энцелада в течение миллиардов лет. Рождается еще один вопрос: что все это значит для жизни на Энцеладе? Теплый мировой океан, существующий несколько миллиардов лет, стал бы прекрасной колыбелью для жизни — на Земле ей потребовалось всего 640 миллионов лет, чтобы перейти из формы микробов в млекопитающих. К сожалению, сам по себе Энцелад может быть довольно юным — он мог сформироваться всего 100 миллионов лет назад. Достаточно ли этого времени для жизни?
Возможно. Скорее всего, жизнь на Земле образовалась в течение нескольких сотен миллионов лет в куда более суровых условиях тяжелой бомбардировки. Но затем ей потребовалось еще 3500 миллионов лет, чтобы расширить области своего влияния. Может быть, таким будет будущее Энцелада. Может быть, этот спутник станет не планетой обезьян, а планетой русалок?
