Гейзеры Энцелада

Названный именем древнегреческого гиганта Энцелад был открыт еще в 1789 году, но из-за его отдаленности от Земли долгое время мы знали о нем крайне мало. Впервые изучение спутников Сатурна с пролетной траектории было осуществлено американскими межпланетными станциями «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 1980–1981 годах. В то время возможности сделать снимки «членов Сатурновой семьи» с высоким разрешением не было – зонды проходили мимо Сатурна, практически не сближаясь с его спутниками. Лишь некоторые из них были сфотографированы с расстояний в десятки тысяч километров. Новая эпоха в изучении системы Сатурна началась в 2004 году, когда на орбиту вокруг планеты вышла американская станция «Кассини». 

Начиная с 2004 года «Кассини» совершила несколько десятков близких пролетов Титана, Энцелада, Реи, Тифеи, Дионы, Фебы и малых спутников, фактически входящих в состав внешнего края колец планеты. Подавляющая часть пролетов осуществлялась около Титана, считавшегося наиболее интересным объектом. В 2005 году близкие пролеты были впервые осуществлены и у Энцелада. Основные особенности строения его поверхности были известны с начала 1980-х годов, после пролетов «Вояджеров». Водяной лед отражает 99 процентов света, потому этот спутник Сатурна считается чемпионом Солнечной системы по отражательной способности. (По той же причине средняя температура на его поверхности составляет 198 градусов Цельсия ниже нуля.) Здесь наблюдались отдельные волнистые структуры, имевшие в целом неправильное строение. Характерной особенностью явилось также предельно малое количество взрывных метеоритных кратеров. Это прямо свидетельствует о малом, порядка нескольких миллионов лет, возрасте экспозиции, являющемся одновременно и возрастом поверхности спутника. Ясно, что какой-то процесс ответствен за ее быстрое (по геологическим меркам) обновление. Первоначально считалось, что процессом, осуществляющим постоянный подогрев верхних горизонтов ледяной коры, является приливное взаимодействие Энцелада и Сатурна. Все мы знаем о мощной силе лунных морских приливов, но ведь не меньшее по интенсивности воздействие наша ближайшая соседка оказывает и на твердые горные породы. Подобное, но несравненно более сильное воздействие оказывает, соответственно, на Луну Земля, на Энцелад – Сатурн. Позднее стало выясняться, что, по-видимому, действительность несколько сложнее.

После пролетов «Кассини» в 2005 году исследователи были ошарашены: из нескольких так называемых «тигровых полос» (ледяные волнистые образования, названные так из-за характерного рисунка) возле южного полюса спутника на тысячи километров от поверхности били струи водяного пара. После первых двух пролетов исследователи просто не решились обнародовать сенсационную информацию, решив, что яркие выступы над южным полярным лимбом спутника являются лишь дефектом, возникшим при съемке в направлении Солнца. Тщательно проанализировав снимки струй, сделанные с разных точек, планетологи пришли к выводу: это нечто вроде земных гейзеров. 

Ученые стали немедленно искать объяснение наблюдаемой картине. Был предложен ряд схем, благодаря которым могли быть возможными эти явления. А в график последующих исследований «Кассини» были внесены изменения с целью более скрупулезного рассмотрения этого феномена. 

Судя по всему, жидкая вода, находящаяся в обширных «карманах» под большим давлением, вызванным приливным воздействием на ледяные блоки, в районе «тигровых полос» вырывается, мгновенно превращаясь в водяной пар, в открытое космическое пространство и образует своеобразный холодный паровой гейзер с температурой менее –100 ∞С. Согласно некоторым моделям строения этих холодных гейзеров, разгрузка пара осуществляется в местах пересечения трещин, находящихся в срединных частях рифтовых зон.

 

Однако в этой версии есть одна нестыковка. Аномальной особенностью паровых истечений с поверхности Энцелада является приуроченность их к южной полярной области. Это требует объяснения, ведь, скажем, стабильные по местоположению и бывшие активными в геологическом отношении районы видимой стороны Луны подвергались более активному приливному воздействию со стороны Земли, что и приводило к наблюдающимся последствиям, в частности – к обширным лавовым излияниям. Южный же полюс, на котором проявляется активность Энцелада, отнюдь не место наибольшего приливного воздействия. Некоторые американские исследователи видят причину этого в недавнем изменении местоположения оси вращения Энцелада и даже указывают район, находившийся ранее вблизи полюса. 

Трещины, из которых происходит истечение вещества, получили свои названия по крупнейшим городам из сказок «Тысячи и одной ночи» – Багдад, Каир, Дамаск и Александрия. Они имеют вид продолговатых образований с точечными источниками в срединной опущенной зоне, из которых, при повышенной температуре, и происходит истечение вещества. Эти геологические разломы, конечно же, холоднее, чем те, которые мы знаем на Земле, но их легко можно сравнить с оазисом, когда окружающая поверхность охлаждена до 50 К (–223 ∞С).

 

Уже первый подробный анализ сведений об особенностях строения южного полярного района получился достаточно неожиданным. В одном из разломов – Багдаде – не было зафиксировано особых повышений температуры, хотя гейзеры обнаружились. Данный факт серьезно озадачивает людей, работающих с данными «Кассини», так как аппарат снабжен очень точным инфракрасным спектрометром CIRS, который ничего особенного там не увидел. Возможно, причиной этому являются неполадки в приборе или какие-то аномальные особенности гейзеров, фонтанирующих с Багдада. Не исключено, что в данном случае мы имеем дело с некоторым «генетическим» различием зон «подогрева», скажем, с поступлением расплавленного материала с разной глубины. С другой стороны, ученые сопоставили координаты других зон истечения с расположением точек с повышенной температурой. Благодаря этому они окончательно подтвердили гипотезу о том, что горячие точки служат местами выброса воды. Однако не все так гладко – несколько струй никак не связаны ни с одним из высокотемпературных участков.

«Тигровые полосы» являются аналогом срединно-океанских хребтов на дне океанов Земли, где вулканический материал поднимается из недр и обновляет кору. Сразу же после обнаружения гейзеров теоретики начали предлагать модели, отражающие происходящие и происходившие на Энцеладе и в его недрах процессы.

 

Одна из моделей показывает, что Энцелад в начале своей эволюции, примерно 4 млрд лет назад, был покрыт замерзшей смесью водяного льда и аммиака, окружавшей каменное ядро. Когда Энцелад стал взаимодействовать с другими спутниками, небольшое количество тепла производилось над силикатным ядром. Это нагревание привело к разделению смеси в коре на отдельные слои по химическим веществам: обогащенный аммиаком жидкий слой скрылся под тонким слоем чистого водяного льда. Если слой чистого льда первоначально формируется около ядра, то плавучесть поднимает его вверх, и такое переустройство может генерировать мощные тектонические процессы на поверхности. Чистый лед, поднимаясь из недр, вновь подвергается небольшому нагреву при взаимодействии с жидким раствором аммиака, что приводит к новому разделу слоев. В результате прямо под поверхностью образуется обогащенный аммиаком океан. (Именно присутствие аммиака, который работает как антифриз, позволяет океану оставаться в жидком состоянии.)

Кроме всего прочего, анализ состава выбросов гейзеров показал наличие в подледном океане органических соединений. Таким образом, глубоко внутри этого спутника есть вероятность появления жизни, ингредиентами которой являются «органика», необходимая энергия и жидкая вода. 

Другая модель эволюции спутника говорит о том, что быстрый распад радиоактивных элементов в недрах Энцелада, через короткое время после его зарождения, мог запустить процессы разогрева, которые происходят и по сей день. Эта модель доказывает ранее сделанную находку в гейзерах сложных молекул, которым нужно возрастание температуры для формирования. Доктор Джули Кастильо (Julie Castillo), ведущий специалист по этой модели, говорит: «Энцелад является очень маленьким телом и состоит изо льда и камня. Поэтому появился вопрос о том, как же спутник может поддерживать разогретое ядро. Это может происходить лишь за счет распада радиоактивных элементов».

«Горячий старт» подразумевает, что зарождавшийся Энцелад имел также в своем составе изотопы алюминия и железа. За 7 млн лет эта смесь произвела огромное количество тепла. Более медленные радиоактивные распады вместе с приливным воздействием гравитации Сатурна могут разогревать недра в течение миллиардов лет.

21 ноября 2009 года аппарат «Кассини» пролетел на расстоянии 1600 км от поверхности Энцелада. Это было восьмое запланированное сближение. В опубликованных данных сообщалось об обнаружении анализатором космической пыли присутствия в различных концентрациях ионов натрия среди частиц воды в материале внешнего кольца Е, входящего в систему колец Сатурна. Собственно, именно в этом самом обширном кольце Энцелад вращается и является для него главным источником строительного материала (не последнюю роль здесь играют и гейзеры). Соли могут попадать в жидкий резервуар из пород Энцелада, что подтверждает модели, в которых океан взаимодействует непосредственно с ядром спутника.

Данное открытие предопределяет гипотетическую возможность распространения микроскопических представителей примитивных форм жизни из подледного океана на Энцеладе через транзитное пребывание в составе материала колец Сатурна! Разумеется, шансы на подобное развитие событий ничтожны, но, тем не менее, даже такая чисто теоретическая возможность открывает новые эффектные перспективы в давно предложенной гипотезе панспермии («занесения» жизни на Землю из космоса). 

К сожалению, для камер «Кассини», которые работают в видимом спектре, это сближение стало последней возможностью понаблюдать за южным полюсом спутника. Сейчас Энцелад спрятался в ночную тень Сатурна на долгие 15 лет.

Читать журнал "Машины и Механизмы" здесь: //www.21mm.ru/arkhiv/