Спутник Сатурна дрожит и тает

Шестой спутник Сатурна — Энцелад удивляет ученых прямо с момента своего открытия в XVIII веке. Очень яркое белое небесное тело отражает почти 99% падающего на него света. Как выяснилось позднее, все благодаря водяному льду, покрывающему Энцелад ровным слоем. Энцелад – одно из всего четырех тел Солнечной системы, на которых есть вода (три других – Земля, Марс и спутник Юпитера Европа).

Энцелад также знаменит струями водяного льда, которые выбрасываются в космическое пространство из трещин около южного полюса спутника. Cassini обнаружил их в 2005 году. Тогда же стало понятно, что из выбросов Энцелада состоит кольцо Е. Более того, часть водяного льда оседает на другом спутнике Сатурна – Елене. Впрочем, сам Энцелад также собирает часть выбросов, что и обеспечивает его высокую отражательную способность (альбедо).

Специальный прибор – анализатор космической пыли (CDA, Cosmic Dust Analyser), похожий на консервную банку для советской селедки, за время продолжающейся пока миссии Cassini несколько раз пролетел через кольцо E, детально исследовав количество, размеры, скорость и даже химический состав частиц в них. Как подсчитали ученые, объема этих выбросов вполне достаточно для поддержания колец в неизменной форме.

Источник гейзеров

А вот откуда берутся гейзеры, до недавних пор люди не знали. Существовали лишь три основных модели.

Первая – это прямое испарение (сублимация) льда, выстилающего внутренние склоны тигровых трещин. При низком давлении такое испарение может идти, минуя жидкую фазу – так, как испаряется «сухой лед» из замерзшей углекислоты, наполняющей тележки мороженщиц.

Вторая модель – клатратная; в ней испаряются летучие соединения (углекислый газ, аммиак и так далее), образующие с кристаллическим водяным льдом твердый раствор. Но не в чистом виде, а в гидратированном, то есть вместе с окружающими их молекулами воды. Такие структуры (одна молекула в окружении другой или других) называются соединениями включения или, по-научному, клатратами.

Наконец, третья, самая интересная – это модель жидкого океана, расположенного где-то глубоко под ледяной корой. Он вполне мог сохраниться здесь со времени образования Энцелада – внешние слои замерзли, а до внутренних дело пока не дошло.

В 2008 году теоретики из Германии, России и Великобритании под руководством Юргена Шмидта и Николая Бриллиантова просчитали все версии и пришли к выводу, что только жидкий океан полностью вписывается в наблюдаемую картину.

Правда, с моделью жидкого океана оставалась одна проблема. Ученым никак не удавалось найти следы солей натрия в частицах, составляющих кольцо E и гейзеры Энцелада. Это сильный аргумент в пользу теории сухого испарения льда (при замерзании соль из воды вытесняется) и против теории жидкого океана. Дело в том, что Энцелад, судя по его средней плотности, не может состоять из воды целиком – не важно, в твердом или жидком виде. Где-то в глубине должно присутствовать довольно крупное и плотное каменное минеральное ядро. И омывающие его воды за долгие годы должны были стать солеными. Геохимик Михаил Золотов из Университета американского штата Аризона даже подсчитал, насколько соленым должен быть этот океан – если он есть. Получились значения всего в несколько раз меньше, чем у земных морей.

А в 2009 году сотруднику команды Бриллиантова и Шмидта немцу Франку Постбергу удалось найти эту соль. Внимательно проанализировав данные, собранные Cassini в кольце E, он обнаружил новый тип мелких льдинок, богатых солями натрия. Эти пылинки размером около 1−2 микрон составляют примерно 5% от общего числа частиц и прежде ускользали от внимания ученых (желтую линию натрия долго искали при помощи спектрального анализа свечения кольца Е). Лишь по-немецки аккуратный анализ данных CDA позволил выделить в масс-спектрах этих частичек их основные составляющие.

Как рассказал тогда Бриллиантов корреспонденту Infox.ru, после оглашения результатов их работы на конференции, состоявшейся в Великобритании, даже противники теории жидкого океана нехотя согласились, что жидкая вода под толстым слоем энцеладова льда существует. Правда, сказать, насколько глубок этот океан и насколько он обширен, ученые пока не могут. Можно уверенно утверждать, что его площадь должна быть не меньше пары тысяч квадратных километров – это примерно 0,25% поверхности Энцелада. Однако сверху океанические просторы ограничены лишь размерами самого спутника – океан вполне может быть глобальным.

Что греет Энцелад

И тогда перед учеными встала другая проблема – никто не понимал, откуда берется энергия, разогревающая недра Энцелада до температуры плавления льда. По словам Николая Бриллиантова, распад радиоактивных элементов в ядре спутника не может обеспечить нужного потока тепла. Судя по всему, считал ученый, не хватает и того тепла, что выделяется за счет приливов со стороны Сатурна. Орбита Энцелада слегка вытянута, поэтому гравитация Сатурна действует на него неравномерно, из-за чего спутник периодически деформируется.

Однако замеры напряжений в коре Энцелада, а также тепловая карта спутника выявили существенные расхождения. В частности, как говорит руководитель работ Терри Хартфорд (Terry Hurford) из Центра космических полетов имени Годдарда, есть места, где тепловой максимум удален от максимума напряжения на целых 50 километров.

Тогда ученые предположили, что спутник Сатурна вращается неравномерно. Фактически, получается, что его части колеблются друг относительно друга. Энцелад дрожит. «Судя по наблюдениям Cassini, колебания не превышают 2° относительно скорости вращения Энцелада, если идут против направления вращения, и 0.75° – если вдоль него», — говорит Хартфорд. И они как раз дают ту энергию, которую исследователи так долго не могли найти. По подсчетам группы Хартфорда, колебания обеспечивают впятеро больший приток энергии, чем гравитация Сатурна. без их учета.