Sneg na Saturnovi luni

Nazaj

Leta 2005 nam je sonda Cassini poslala prve podrobne fotografje prav posebne lune z imenom Enkelad. Gre za šesto največjo Saturnovo luno ter devetnajsto največjo v Osončju. Njen premer znaša 500 kilometrov, njeno površje pa povečini prekriva čisti ter dokaj sveži vodni led. Na slikah Enkelada, ki jih je naredila Cassini, so znanstveniki v bližini njenega južnega pola zaznali množico krioognjenikov, ki nenehno bruhajo ogromne količine snovi, ki med drugim vsebuje veliko vodne pare. Preko sto krioognjenkov vsako sekundo v višave požene okoli 200 kilogramov tega materiala, katerega hitrost doseže 2000 kilometrov na uro. Zaradi izredno nizke temperature na Enkeladu, ki je v povprečju enaka -200º C, vodna para hitro zamrzne. Del te vode uide v vesolje in ostane ujet v Saturnovem obroču E, preostanek pa pade nazaj na Enkeladovo površje v obliki – snega.

Toda, od kod voda na Enkeladu? Kako je mogoče, da obstaja v tekočem stanju? In kaj njena prisotnost pomeni za morebiten obstoj življenja ne tej luni?

Slika 1: Kompozitna slika Saturna z obroči ter nekaterimi lunami, ki jo je leta 2013 posnela misija Cassini. Vir: NASA/JPL-Caltech/SSI

1. julija leta 2004 se je v orbito okoli Saturna vtirila misija Cassini. Od tam nam je naslednjih trinajst let pošiljala prelepe posnetke tega drugega največjega planeta v Osončju, pa tudi nekaterih njegovih lun, kot so Titan, Rea, Japet, Fojba ter mnoge druge. Za znanstvenike, ki proučujejo planete našega Osončja, pa ti posnetki nimajo le estetske vrednosti. Njihova vsebina raziskovalcem obelodanja pojave, ki se dogajajo tako na površju teh nebesnih teles, kot tudi globoko v njihovi notranjosti. Pa ne le to. Fotografije nam pripovedujejo tudi zgodbe o tem, kaj se je s Saturnom ter njegovimi lunami dogajalo v daljni preteklosti.

Leta 2005 si je sonda Cassini Enkelad od blizu ogledala kar trikrat. Prelet, ki se je zgodil 14. julija 2005 je razkril nekaj popolnoma nepričakovanega in sicer tektonsko deformirano območje blizu južnega pola. To področje je prekrito z neštetimi grebeni ter ogromnimi razpokami. Po drugi strani je tam izredno malo meteoritskih kraterjev, kar kaže na to, da gre za najmlajši del Enkeladovega površja, katerega starost je ponekod ocenjena na le 500.000 let. Sredi tega območja se nahajajo štirje veliki grebeni, ki jih obdajajo okoli 130 kilomerov dolge razpoke, ki so jih znanstveniki poimenovali tigrove proge. Posnetki narejeni v infrardeči svetlobi so razkrili, da so te proge relativno topla območja, kjer se temperatura dvigne do -166º C. Ta temperatura je previsoka, da bi jo lahko povzročilo sevanje s Sonca. Posledično se mora izvor toplote odgovorne za tako “visoko” temperaturo, nahajati v notranjosti Enkelada. Glavna kandidata za ta izvor sta radioaktivni razpad ter plimske sile.

Slika 2: Tigrove proge na Enkeladu. Vir: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA.

Radioaktivnost naj bi k povišani temperaturi Enkeladove notranjosti prispevala predvsem v daljni preteklosti. Tako naj bi ob nastanku te lune njeno jedro bilo bogato s kratkoživečimi radioaktivnimi izotopi aluminija, železa ter mangana. Zaradi razpada teh izotopov se je v jedru v obdobju 7 milijonov let sprostilo ogromno energije, kar je omogočalo, da se je okoli njega nahajala tekoča voda, površje te lune pa je prekrival ledeni oklep. Svoje so prispevale še plimske sile zaradi močnega gravitacijskega privlaka Saturna. Enkeladova tirnica je namreč nekoliko podolgovata. Ko se ta luna približa temu planetu, se zaradi povečanega gravitacijskega privlaka Saturna njena oblika nekoliko spremeni, kar povzroča premike ter trenja v njeni ledeni skorji ter v skalnatem jedru. Pri tem se sprošča toplota, ki že milijarde let pomaga vzdrževati ocean tekoče vode globoko pod površjem Enkelada. Jedro naj bi po nekaterih modelih bilo porasto, kar povzroča, da voda iz oceana prodre skoraj do samega središča te lune, kjer se ogreje na 90 stopinj celzija. Vroča voda se nato dvigne na nekaterih lokacijah vse do vznožja ledene skorje, kjer tali tamkajšnji led, ter ustvarja krioognjenike.

Nekatere raziskave so pokazale, da danes Enkelad izseva veliko več toplote, kot je, po ocenah znanstvenikov, proizvedeta radioaktvni razpad ter deformacije lune zaradi plimskih sil. Kaj je izvor te dodatne toplote zaenkrat ostaja skrivnost. Večina znanstvenikov je tudi prepričana, da ta dodatna toplota še vedno ni dovolj za vzdrževanje podzemnega oceana. Tako prevladuje mnenje, da je današnji ocean na Enkeladu le še ostanek starodavnega oceana, ki počasi a vztrajno zamrzuje.

Slika 3: Upodobitev Enkeladove notranjosti: vroče jedro obdaja tekoča voda ujeta pod debelim ledenim oklepom. Vir: ESA.

Prve dokaze za obstoj velikega oceana na Enkeladu globoko pod ledenim oklepom je misija Cassini priskrbela leta 2010. Šlo je za natančne meritve Enkeladovega gravitacijskega polja, na podlagi katerih so znanstveniki sklepali na notranjo strukturo te lune. Princip meritev je zelo zanimiv. Majhna nihanja v jakosti gravitacijskega privlaka, ki so posledica neenakomerne porazdelitve snovi v notranjosti nebesnih teles, povzročajo malenkostna odstopanja hitrosti sond, ki krožijo okoli ali letijo mimo njih. Te spremembe nadalje povzročajo fluktuacije frekvence radijskega signala, ki ga sonde pošiljajo proti Zemlji in ga zaznavajo velike antene, ki so del mreže imenovane Deep Space Network. Z njimi lahko zaznamo spremembe hitrosti, katerih amplituda je le 30 centimetrov na uro ali 80 miljonink metra na sekundo. Dejanske premembe hitrosti Cassinija so znašale nekaj milimetrov na sekundo. Ti rezultati so nakazali, da na Enkeladu obstaja ocean v okolici njegovega južnega tečaja, da njegova “gladina” leži pod 30 do 40 kilometrov debelim ledom, globina oceana je bila ocenjena na 10 kilometrov.

Le leto dni pozneje so znanstveniki prišli do nekoliko drugačnega zaključka. S sondo Cassini jim je namreč uspelo izmeriti libracijo Enkelada. Gre za poseben način gibanja, pri katerm nebesno telo v povprečju obdrži svojo orientacijo v prostoru, vendar dejansko nekoliko niha okoli tega povprečja. Tudi to nihanje je posledica neenakomerne porazdelitve snovi v notranjosti nebesnih teles. Te meritve so pokazale obstoj globalnega oceana na Enkeladu, ki popolnoma ločuje njegovo skalnato jedro od ledene skorje. Ti najnovejši podatki kažejo na to, da na bi se globalni ocean začel na globini med 26 in 31 kilometri, njegova globina pa je zdaj ocenjena na 3,7 kilometra.

converted PNM file

Slika 4: Krioognjeniki na Enkeladu. Vir: NASA/JPL/Space Science Institute.

Podobno, kot velja za oceane na Zemlji, tudi voda v globinah Enkeladah ni ravno pitna. Obstaja več raziskav na temo kemične sestave oceana na Enkeladu, ki so pomembne s stališča možnosti obstoja življenja na tej luni. Ali v oceanu na Enkeladu danes dejansko obstajajo živa bitja, trenutno ne moremo vedeti, vemo pa, da obstajajo sestavine, potrebne za njegov obstoj, ki so, poleg tekoče vode, še vir energije ter določeni kemijski elementi.

Pomemben vir energije za mnoge zemeljske mikrobe je molekularni vodik (H2). Mikrobi se z njim “hranijo” in proizvajajo metan (CH4). Ostale sestavine, ki jih potrebujemo za razvoj življenja pa so kisik, dušik, ogljik, itd. Obstoj vseh teh sestavin na Enkeladu so potrdila Cassinijeva opazovanja ter teoretični modeli. Specifično, ti podatki kažejo na visoke koncentracije nekaterih soli, kot so natrijev klorid (NaCl), soda bikarbona (NaHCO3), natrijev karbonat (Na2CO3), pa tudi na prisotnost nekaterih plinov, predvsem molekularnega vodika, metana, ogljikovega dioksida (CO2), amonijaka (NH3) ter Argona (Ar). Če bi nam uspelo dokazati obstoj živih bitij na Enkeladu, bi to pomenilo, da je življenje v vesolju dokaj pogost pojav. Če se življenje na tej luni ni razvilo, bi to pomenilo, da obstajajo nam zaenkrat še neznani faktorji, ki močno zmanjšujejo možnosti za razvoj flore in faune na nebesnih telesih.

Pa se vrnimo na začetek. Skupina znanstvenikov pod vodstvom Emily S. Martin iz Centra za zemeljske ter planetarne študije v ZDA je pred kratkim sporočila dognanja ene zadnjih raziskav na temo Enkelada, pri čemer so se osredotočili na meritve najbolj zgornjega sloja te lune, torej njene snežne odeje. Voda, ki jo izbruhajo krioognjeniki na Enkeladu namreč hitro zamrzne in deloma pade nazaj na površje te lune v obliki snega. Znanstveniki so ugotovili, da je snežna odeja, ki prekriva celotno luno, povprečju debela 250 metrov, da pa na določenih predelih doseže debelino 700 metrov. Ocenili so tudi, da hitrost, s katero danes naletava sneg na površje Enkelada, ni dovolj za tako debelo plast snega, tudi, če bi ta padal konstantno od nastanka lune pred 4,5 milijardami let. Tako so raziskovalci zaključili, da so krioognjeniki Enkelada v daljni preteklosti morali biti veliko bolj aktivni kot danes.

Kot ponavadi, vsako novo odkritje sproži več vprašanj kot odgovorov. Tako morajo zdaj znanstveniki odgovoriti, kaj je poganjalo to krioognjeniško aktivnost na Enkeladu v daljni preteklosti in ali se je ta zmanjševala postopoma ali pa so se na luni občasno dogajali močnejši krioognjeniški izbruhi.

Nadaljna čtiva za najbolj radovedne

  1. Platt, Jane; Bell, Brian (April 3, 2014). “NASA Space Assets Detect Ocean inside Saturn Moon”. NASA/JPL.
  2. Witze, A. (April 3, 2014). “Icy Enceladus hides a watery ocean”. Nature. doi:10.1038/nature.2014.14985
  3. Iess, L.; Stevenson, D. J.; Parisi, M.; Hemingway, D.; Jacobson, R.A.; Lunine, Jonathan I.; Nimmo, F.; Armstrong, J. W.; Asmar, S. W.; Ducci, M.; Tortora, P. (April 4, 2014). “The Gravity Field and Interior Structure of Enceladus” (PDF). Science. 344 (6179): 78–80. doi:10.1126/science.1250551
  4. Ian (April 3, 2014). “Ocean discovered on Enceladus may be best place to look for alien life”. The Guardian.
  5. “Cassini finds global ocean in Saturn’s moon Enceladus”. astronomy.co, https://www.astronomy.com/news/2015/09/cassini-finds-global-ocean-in-saturns-moon-enceladus
  6. Thomas, P. C.; Tajeddine, R.; et al. (2016). “Enceladus’s measured physical libration requires a global subsurface ocean”. Icarus. 264: 37–47. doi:10.1016/j.icarus.2015.08.037
  7. “Cassini Finds Global Ocean in Saturn’s Moon Enceladus”. NASA. September 15, 2015.
  8. Billings, Lee (September 16, 2015). “Cassini Confirms a Global Ocean on Saturn’s Moon Enceladus”. Scientific American.
  9. “Under Saturnian moon’s icy crust lies a ‘global’ ocean | Cornell Chronicle”. Cornell University.
  10. Libracija, Wikipedija, https://sl.wikipedia.org/wiki/Libracija
  11. Porco, C. C.; Helfenstein, P.; Thomas, P. C.; Ingersoll, A. P.; Wisdom, J.; West, R.; Neukum, G.; Denk, T.; Wagner, R. (10 March 2006). “Cassini Observes the Active South Pole of Enceladus”. Science. 311 (5766): 1393–1401. doi:10.1126/science.1123013.
  12. Heating ocean moon Enceladus for billions of years, European Space Agency, https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cassini-Huygens/Heating_ocean_moon_Enceladus_for_billions_of_years
  13. Toner, J. D. ; Catling, D. C. ; Fifer, L., The Chemistry of Enceladus’ Ocean, Ocean Worlds 4, held 21-22 May, 2019 in Columbia, Maryland. LPI Contribution No. 2168, id.6005, doi:http://www.hou.usra.edu/meetings/ocenworlds2019/pdf/6005.pdf
  14. Fifer, L. M. ; Toner, J. D. ; Catling, D. C., The Composition and Habitability of Enceladus’ Ocean, 51st Lunar and Planetary Science Conference, held 16-20 March, 2020 at The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 2326, 2020, id.2727
  15. Fifer, L. M., Catling, D. C., Toner, J. D. )2022), “Chemical Fractionation Modeling of Plumes Indicates a Gas-rich, Moderately Alkaline Enceladus Ocean”m Planet. Sci. J. 3 191, DOI:10.3847/PSJ/ac7a9f
  16. Martin, Emily S. ; Whitten, Jennifer L. ; Kattenhorn, Simon A. ; Collins, Geoffrey C. ; Southworth, Ben S. ; Wiser, Lindsey S. ; Prindle, Shannen, “Measurements of regolith thicknesses on Enceladus: Uncovering the record of plume activity”, (2023), Icarus, Volume 392, article id. 115369, DOI:10.1016/j.icarus.2022.115369
  17. Ingredients for Life at Enceladus, NASA, https://solarsystem.nasa.gov/resources/17649/ingredients-for-life-at-enceladus/

Blog at WordPress.com.

Navzgor ↑