Ukryty pod grubą pokrywą lodu podpowierzchniowy ocean Enceladusa, jednego z księżyców Saturna, wydaje się mieć prądy morskie podobne do tych, które można spotkać w ziemskich oceanach.
Enceladus – maleńka, zamarznięta kula o średnicy około 500 kilometrów (około 1/7 średnicy ziemskiego Księżyca), jest szóstym co do wielkości księżycem Saturna. Pomimo swoich niewielkich rozmiarów Enceladus zwrócił uwagę naukowców, kiedy to przelatująca w okolicy sonda Cassini odkryła dowody na istnienie dużego, podpowierzchniowego oceanu znajdującego się po lodową skorupą księżyca.
Pod lodową skorupą Enceladusa znajduje się głęboki ocean. Dane dostarczone przez sondę Cassini wskazują na aktywność hydrotermalną na jego dnie. Jest to mroczne środowisko, bo lód odbija 90 proc. światła słonecznego. Pomimo niskich temperatur na powierzchni księżyca, uczeni sądzą, że woda pod lodową skorupą może być ciepła, w wyniku właśnie aktywności hydrotermalnej.
Ten pokryty kraterami i długimi pęknięciami obiekt jest jednym z niewielu miejsc w Układzie Słonecznym, gdzie występuje ciekła woda, co sprawia, że jest obiektem zainteresowania astrobiologów poszukujących oznak życia.
Najbardziej istotne dane dotyczące Enceladusa dostarczyła sonda Cassini. Statek ponad 20 razy z bliskiej odległości przyglądała się księżycowi, choć jego głównym celem był Saturn. Podczas ostatniego przelotu w październiku 2015 roku sonda trafiła nad pióropusz materii wyrzuconej z gejzerów lodowego księżyca i pobrała próbki. Naukowcy znaleźli w nich cały chemiczny bufet - dwutlenek węgla, wodór, amoniak i związki organiczne, takie jak metan.
Ocean na Enceladusie jest całkiem inny niż jego ziemskie odpowiedniki. Na naszej planecie ocean jest stosunkowo płytki – ma średnio 3,6 km głębokości. Pokrywa trzy czwarte powierzchni planety, jest cieplejszy przy powierzchni od promieni słonecznych i chłodniejszy w głębinach w pobliżu dna morskiego. Występują też w nim prądy, na które wpływa wiatr, różnice temperatur oraz zasolenia wody.
Tymczasem na Enceladusie ocean ukryty pod 20 km warstwą lodu pokrywa całą powierzchnię księżyca. Jego głębokość sięga 30 km i jest schładzany przy powierzchni w pobliżu skorupy lodowej, a ogrzewany przy dnie ciepłem z jądra księżyca.
Jak zasugerowali naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) w publikacji, która ukazał się na łamach pisma „Nature Geoscience”, ocean na Enceladusie może również mieć prądy podobne do tych w ziemskich oceanach. Oba oceany mają jedną wspólną cechę: są słone. To właśnie zmiany zasolenia wody mogą służyć jako czynniki napędzające cyrkulację oceaniczną na Enceladusie, podobnie jak w przypadku Oceanu Południowego na Ziemi, który otacza Antarktydę.
Pomiary grawitacyjne i obliczenia ciepła przeprowadzone przez sondę Cassini wykazały, że skorupa lodowa jest cieńsza na biegunach i grubsza na równiku. Regiony cienkiego lodu na biegunach są prawdopodobnie związane z topnieniem, a obszary grubego lodu na równiku z zamarzaniem. Wpływa to na prądy oceaniczne, ponieważ gdy słona woda zamarza, uwalnia sole i sprawia, że otaczająca woda staje się cięższa, powodując jej opadanie na dno. W rejonach topnienia dzieje się odwrotnie.
Gdy Enceladus krąży po eliptycznej, 1,37-dniowej orbicie wokół Saturna, zmieniające się siły grawitacyjne nieustannie oddziałują na lodowy księżyc, rozciągając go na różne strony. Naprężenia wywoływane przez siły pływowe powodują wewnętrzne ogrzewanie się księżyca i aktywność geotermalną oraz pęknięcia w lodzie powierzchniowym.
Ogrzewanie wewnętrzne utrzymuje wodę pod skorupą lodową w stanie ciekłym. To wewnętrzne ogrzewanie może również generować pionowe prądy konwekcyjne - podobne do tych obserwowanych na Ziemi - wysyłając cieplejszą wodę w górę, gdzie ochłodziłaby się przed powrotem w dół.
- Znajomość rozmieszczenia lodu pozwala nam nałożyć ograniczenia na wzorce cyrkulacji – wyjaśnia Ana Lobo z Caltech, główna autorka publikacji. Lobo wraz z Andrew Thompsonem, Stevenem Vance i Saikiranem Tharimeną z Jet Propulsion Laboratory, opracowała model komputerowy Enceladusa. Model został oparty na wcześniejszych pracach Thompsona, który badał na Oceanie Południowym sposób, w jaki lód i woda oddziałują na siebie, powodując mieszanie się wody.
Model wskazał, że regiony zamarzania i topnienia, identyfikowane przez strukturę lodu, mogą być połączone prądami oceanicznymi. Gdyby istotnie tak było, to cyrkulacja sięgałaby od biegunów do równika, co wpływałoby na dystrybucję ciepła i ewentualnych składników odżywczych. - Zrozumienie, które regiony podpowierzchniowego oceanu mogą być najbardziej przyjazne dla życia, jakie znamy, może pewnego dnia pomóc w poszukiwaniach oznak życia na Enceladusie - mówi Thompson.
Nie mamy żadnych dowodów, by sądzić, że ocean Enceladusa gości życie. Ale informacje dostarczane przez badaczy mogą rozpalić wyobraźnię. Uczeni wcześniej zasugerowali, że na dnie oceanu na Enceladusie istnieją kominy termalne podobne do tych na Ziemi. Gdyby w podobieństwach posunąć się dalej, to należy odnotować, że na naszej planecie wokół kominów hydrotermalnych występują różne formy życia. Mimo skrajnych warunków. Czy podobne występuję na Enceladusie?
Drobnoustroje żyjące w okolicach ziemskich kominów hydrotermalnych nie potrzebują tlenu, aby przetrwać. Energię otrzymują poprzez metabolizowanie dwutlenku węgla i wodoru. Uwalniają przy tym metan, który został wykryty w pióropuszach materii wyplutych z enceladusowskich gejzerów. Jeśli zatem życie kryje się głęboko w oceanach Enceladusa, odkrycia zespołu mogą pomóc je zlokalizować.
Źródło: California Institute of Technology, fot. NASA/JPL/Space Science Institute
