Szczegółowe pomiary orbity Mimasa, jednego z księżyców Saturna sugerują, że pod jego lodową skorupą ukryty jest ocean ciekłej wody. Według astronomów, podpowierzchniowy ocean kryje się na głębokości mniejszej niż 30 kilometrów i powstał w ciągu ostatnich 25 milionów lat.
Mimas jest siódmym pod względem wielkości księżycem Saturna. Pierwszy raz dostrzeżono go w 1789 roku. Księżyc został nazwany na cześć jednego z gigantów z mitologii greckiej. Jego najbardziej charakterystyczną cechą jest ogromny krater, który upodabnia obiekt do bojowej stacji kosmicznej zdolnej niszczyć całe planety, która sieje postrach wśród bohaterów popularnej serii filmów „Gwiezdne Wojny”. Chodzi oczywiście o „Gwiazdę Śmierci”. Tak naprawdę to cała powierzchnia Mimasa jest podziurawiona kraterami po uderzeniach meteorytów, ale ten największy, o nazwie Herschel, ma aż 130 kilometrów średnicy.
Nowe analizy prowadzone pod kierunkiem dr Valéry'ego Laineya z Observatoire de Paris-PSL i opublikowane na łamach „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-06975-9) ujawniły stosunkowo młody, z geologicznego punktu widzenia, podpowierzchniowy ocean ciekłej wody.
Przez długi czas sądzono, że popękane powierzchnie ciał niebieskich, jak chociażby powierzchnia Europy, są kryterium, które wskazuje możliwość istnienia ciekłego oceanu po powierzchnią. Ale Mimas nie jest popękany i w dodatku pokryty licznymi kraterami, dlatego naukowcy uznali, że musi składać się wyłącznie z lodu, który sięga aż do jego skalistego jądra. Okazuje się, że to założenie było błędne.
Pierwsze wskazówki dotyczące możliwości istnienia pod powierzchnią Mimasa oceanu pojawiły się już wcześniej. W 2022 roku naukowcy doszli do takich wniosków po obserwacji libracji - niewielkiego chybotania się czy kołysania księżyca. Według nich, takie zachowanie mogło być wynikiem płynnego, wewnętrznego oceanu (więcej na ten temat w tekście: Mimas – mały księżyc Saturna posiada podpowierzchniowy ocean).
W nowych badania naukowcy wydają się potwierdzać wcześniejsze przypuszczenia. - Mimas to mały księżyc, mający zaledwie około 400 kilometrów średnicy, a jego powierzchnia pokryta kraterami nie wskazuje na ukryty pod spodem ocean. To odkrycie umieszcza Mimasa w ekskluzywnym klubie księżyców z podpowierzchniowymi oceanami, w tym Enceladusem i Europą. Jednak jest pewna różnica: ocean Mimasa jest znacznie młodszy – mówi dr Nick Cooper, współautor publikacji z Queen Mary University of London.
Do takich wniosków naukowcy doszli dzięki szczegółowej analizie oddziaływań pływowych Mimasa z Saturnem oraz nieregularności w jego orbicie. Wcześniejsze prace sugerowały dwa wyjaśnienia: wydłużone skaliste jądro lub globalny ocean. Badania Laineya i jego współpracowników definitywnie wykluczyły pierwszą opcję.
Zespół dokładnie przestudiował dane zebrane przez sondę Cassini, która okrążała Saturna w latach 2004–2017. Sonda szczegółowo badała nie tylko Saturna, ale też jego księżyce. Następnie naukowcy przeprowadzili symulacje, odtwarzając ruch Mimasa krążącego wokół Saturna. Aby obserwacje sondy zgadzały się z modelowaniem w scenariuszu z wydłużonym jądrem, Mimas musiałby mieć je tak wydłużone, ze przypominałoby kształtem naleśnik. Jest to całkowicie niezgodne z innymi danymi obserwacyjnymi Księżyca, a także z modelami powstawania ciał Układu Słonecznego.
Wykluczając scenariusz wydłużonego jądra, pozostała opcja z ukrytym pod powierzchnią oceanem. Ruch cieczy pod powierzchnią mógłby tłumaczyć nieregularności w orbicie Mimasa, a biorąc pod uwagę fakt, że wiemy o obecności podpowierzchniowych oceanów na innych obiektach w Układzie Słonecznym, wydaje się to o wiele bardziej prawdopodobne.
Interesujące jest też to, że ocean wydaje się być bardzo młody. Dalsze analizy doprowadziły badaczy do wniosku, że ocean ma mniej niż 25 milionów lat. Naukowcy twierdzą, że gdyby ocean istniał dłużej, zacząłby już wywierać wyraźnie widoczny wpływ na lodową powierzchnię Mimasa, na przykład poprzez jej pękanie, a na jego powierzchni nie widać szczelin czy gejzerów, jak chociażby na Enceladusie. Zakres potencjalnego wieku uzyskany w symulacjach jest nieco szerszy, w zależności od używanego modelu. 25 milionów lat to najodleglejsza data powstania oceanu, ale jeden z modeli wskazał, że ocean może mieć zaledwie dwa miliony lat. Bez względu na dokładny wiek, ocean jest niezwykle młody, a to daje niespotykaną szansę badania wczesnych etapów formowania się oceanów na obcych światach.
- Istnienie niedawno utworzonego oceanu ciekłej wody sprawia, że Mimas jest głównym kandydatem do badań nad pochodzeniem życia – wyjaśnia dr Cooper.
Dokładnie badając subtelne zmiany na orbicie Mimasa, badacze byli w stanie wywnioskować nie tylko obecność ukrytego oceanu, ale też oszacować jego rozmiar i głębokość. Według badaczy, granica lodu z oceanem znajduje się na głębokości mniejszej niż 30 kilometrów.
Mimas wydaj się być lodową kulą. Powstanie oceanu jego wnętrzu wymaga ciepła, wewnętrznego grzania. Takie grzanie na innych ciałach zapewniają chociażby tarcia wywołane oddziaływaniami grawitacyjnymi z większymi obiektami. Mimas ma eliptyczną orbitę wokół Saturna, co powoduje, że Księżyc zbliża się do planety, a następnie się od niej oddala. Taka orbita powoduje okresowe ściskanie Mimasa przez grawitację Saturna, a to wytworzyłoby wystarczające tarcie wewnętrzne i ciepło, aby stopić lód i utrzymać podpowierzchniowy ocean.
Przez większą część historii Układu Słonecznego orbita Mimasa z Saturnem mogła mieć kształt zbliżony do okręgu, więc oddziaływanie grawitacyjne było w miarę spójne, ale, jak wskazują autorzy publikacji, około 50 milionów lat temu interakcja z jednym lub większą liczbą innych księżyców Saturna, a tych Saturn ma aż 145, przynajmniej tyle odkryliśmy, spowodowała, że orbita Księżyca przyjęła bardziej eliptyczny kształt. To wywołało zmianę siły oddziaływania grawitacyjnego pomiędzy Saturnem i Mimasem, powodując naprężenia, które generują wewnętrzne ogrzewanie. W ten sposób powstał podpowierzchniowy ocean.
Odkrycie młodego oceanu Mimasa ma znaczące implikacje dla zrozumienia potencjału życia poza Ziemią. Okazuje się, że nawet małe, pozornie nieaktywne obiekty mogą skrywać oceany potencjalnie zdolne do utrzymania warunków niezbędnych do powstania i rozwoju życia. Otwiera to nowe możliwości przyszłych misji, które być może przybliżą nas do odpowiedzi na odwieczne pytanie: czy jesteśmy sami we Wszechświecie?
Źródło: Queen Mary University of London, Nature, Scientific American, fot. NASA/JPL/Space Science Institute
