Лава-лампа Энцелад подгадала свой ослепительный миг аккурат для людей

Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удалённого от Солнца. Однако всё встаёт на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам – мимолётный эпизод.

Более четырёх лет прошло с момента, когда астрономы "очень сильно удивились", узнав, что обширный регион близ южного полюса Энцелада градусов на пять-десять теплее всей остальной поверхности спутника, а в отдельных своих точках и вовсе на все 100 градусов (то есть его температура там доходит до 180 кельвинов). Для сатурнианской луны, считай, настоящая жара. Исчерпывающего объяснения этому явлению до сих пор не существовало.

Жара-загадка царит в сердцевине сети гигантских разломов, известных как тигровые полосы. Из последних на тысячи километров вверх бьют фонтаны, состоящие в основном из водяной ледяной крошки, но содержащие также богатый набор веществ, в том числе – органику.

Ещё в 2007-м все эти детали удалось связать в более-менее стройную картину, но в ней не хватало ключевого звена: объяснения энергетической подпитки такого криовулканизма, ведь для неё требуется источник энергии мощностью, по меньшей мере, в шесть гигаватт.

Космический аппарат Cassini уже выполнил несколько эффектных (по достигнутым результатам) сближений с Энцеладом, и ещё два ему предстоят в нынешнем году. На схеме показаны траектории зонда в координатах (шкалы в километрах), связанных с ледяной луной (иллюстрация NASA/JPL/SwRI/SSI).

Ведущей версией стало приливное трение в "живой коре" спутника, обладающего эллиптической орбитой. Хотя Энцелад обращён всегда одной стороной к Сатурну (как Луна к Земле), последний в его небе слегка смещается с запада на восток и обратно по мере бега спутника. И ещё у Энцелада имеется резонанс (2:1) с орбитальным обращением луны Дионы.

Всё это может поставлять энергию ледяной "обёртке" нашего героя и поддерживать при плюсовой температуре его солёный подлёдный океан.

Увы, по последним оценкам, мощность "приливной грелки" приблизительно на пару порядков ниже, чем требуется для наблюдаемой активности. Учёные пришли к тому, с чего и начали — фонтаны сатурнианской луны необъяснимы.

Теперь же существенное уточнение картины получили Крейг О'Нилл (Craig O'Neill) из австралийского университета Маккуори (Macquarie University) и Френсис Ниммо (Francis Nimmo) из Калифорнийского университета в Санта-Круз. Они построили и проиграли на компьютере подробнейшую модель внутренностей Энцелада и его "плитотектоники". И пусть это всего лишь расчёт, составлен он комплексно, со всеми данными, собранными Cassini за несколько лет работы в системе Сатурна.

Это впечатляющее изображение (смонтированное из 28 отдельных кадров) южного региона Энцелада Cassini получил в октябре 2008 года. Хорошо видны многочисленные ледяные разломы и хребты, выделяющие "неспокойную" часть луны на фоне геологически куда более старого северного полушария. Центру кадра соответствует точка в 64 градуса южной широты и 284 градуса западной долготы.
Главные фонтанирующие разломы видны ниже центра снимка в правой его части (в районе терминатора). Самый же заметный разлом – Labtayt – лежит в верхней части снимка, его глубина, к слову, достигает одного километра (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Ниммо удалось получить ответ на вопрос, заданный им самим полтора года назад: тогда учёный и его коллеги установили, что океан Энцелада неуклонно идёт к замерзанию. По уточнённым данным, темп тепловых потерь на спутнике превышает скорость поставки энергии от приливов в 3,5 раза как минимум. И это, казалось, убивало идею приливной генерации фонтанов – за счёт чего они работают?

Ныне гипотезу удалось вернуть к жизни и даже свести в энергетике крошечной планетки дебет с кредитом. Для этого, как гласит пресс-релиз Лаборатории реактивного движения (JPL), учёным пришлось прибегнуть к аналогии с лава-лампой.

По новой модели тепло в недрах спутника формирует зону тёплого льда, отдельные (самые нагретые) пузыри которого, будучи чуть менее плотными, чем лёд холодный, начинают очень медленно подниматься вверх, словно капли парафина в лавовой лампе. Одновременно они вытесняют более плотный лёд вниз.

Понятие "тёплый" тут, конечно, относительно. По вычислениям авторов исследования, температура этих пузырей составляет около нуля по Цельсию. Но это много в сравнении с обычным льдом вне зоны тигровых полос, который у поверхности спутника имеет температуру -193 °C.

По мере подъёма "лавовые" ледяные пузыри начинают таять, в них формируется всё больше и больше жидкости. Трение стен разломов вблизи поверхности луны (подвижности коры способствует, конечно, глубинный океан, отделяющий ледяной панцирь спутника от каменного ядра) добавляет тепла этим пузырям, из которых и берут своё начало фонтаны.

Схема "работы" внутренностей южного полярного региона Энцелада по версии Ниммо. Детали исследования раскрывает статья в Nature Geoscience (иллюстрация NASA/JPL).

Важно, что прибытие очередных порций подогретых ледяных пузырей к поверхности спутника происходит периодически, так же как и в лава-лампе мы можем наблюдать регулярные смены у её верхушки крупных пузырей парафина.

По компьютерной модели выходит, что "перевороты", перепахивающие и обновляющие часть поверхности Энцелада, продолжаются всего 10 миллионов лет каждый, а эти активные эпохи разделяют полосы штиля, длящиеся от 0,1 до 1-2 миллиардов лет. В паузах луна копит приливную энергию, не расходуя её почём зря.

Этот "аккумулятор" и отвечает за нынешний всплеск активности спутника, несмотря на низкий средний темп поступления приливной энергии (по ряду причин "тяготеющей" к югу спутника). Просто криовулканизм на ледяной луне работает всего 0,5-10% от общего времени существования спутника, да и "включался" он, вероятно, считанные разы. "Cassini, похоже, поймал Энцелад в середине отрыжки", — образно пояснил открытие Френсис.

Ну а эта "революционная активность", в свою очередь, объясняет большое различие в возрасте поверхности Энцелада в его северном полушарии (4,2 миллиарда лет), на экваторе (от 170 млн до 3,7 млрд лет) и на юге (0,5-100 млн). Кстати, по численной модели одно такое событие обновляет от 10% до 40% поверхности Энцелада, что согласуется с площадью нынешнего активного региона на юге (10% от общей поверхности).

Мозаика из снимков тигровых полос, выполненных во время пролёта Cassini около Энцелада 31 октября 2008-го. Хотя серия кадров сделана далеко не в самой близкой к луне точке траектории, разрешение ряда кадров в оригинале достигает примерно 12 метров на пиксель, что позволило учёным раскрыть немало деталей строения трещин в ледяной оболочке спутника Сатурна. Самый крупный разлом на верхнем изображении – Багдад, на нижнем – Дамаск (фотографии NASA/JPL/Space Science Institute).

Механизм регулярных, притом довольно редких "катастроф", перемежающихся с длительными эпохами "застоя", косвенно играет на руку и тому предположению, что сами тигровые полосы могут оказаться куда более динамичными и молодыми образованиями, чем окружающий их тёплый район.

Во всяком случае, по некоторым оценкам (основанным на скорости деградации поверхностного льда под действием космических лучей), данным разломам может быть всего от 10 до 1000 лет, что по меркам срока жизни луны Сатурна — просто миг. Нужно ли пояснять, как широко в таком случае исследователям чудес космоса улыбнулась Фортуна?