Гейзеры Энцелада: Океан отменяется? Новое исследование ставит под сомнение подледный океан Энцелада

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Энцелад, ледяной спутник Сатурна, уже много лет будоражит умы ученых. В 2005 году, благодаря миссии «Кассини», мир узнал о существовании мощных гейзеров, бьющих из-под его замерзшей поверхности. Поначалу это открытие породило волну энтузиазма и надежд — возможно, под ледяной коркой скрывается обширный, потенциально обитаемый океан, и эти гейзеры — его дыхание. Новая работа исследователей из Дартмутского колледжа предлагает альтернативный взгляд на происхождение этих загадочных извержений, заставляя нас пересмотреть привычные представления об Энцеладе.

Вместо гипотезы о глубоко залегающем океане, связанном с поверхностью прямыми трещинами, ученые выдвигают идею о существовании «кашеобразной зоны» — области частично растаявшего льда и соленой воды, расположенной непосредственно под знаменитыми «тигровыми полосами» в районе южного полюса спутника. Эти «тигровые полосы» — своеобразные трещины, пронизывающие ледяную кору, и именно из них вырываются в космос впечатляющие шлейфы водяного пара.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Что не так с океаном?

Основная критика традиционной теории сводится к двум ключевым моментам:

  • Пробить лед не так просто. Ледяная кора Энцелада, по оценкам, имеет значительную толщину. Создание трещины, проходящей сквозь всю эту толщу и достигающей подповерхностного океана, представляется крайне маловероятным событием с точки зрения геофизики.
  • Даже если трещина есть, как вода поднимется? Предположим, что трещина все же пробила ледяную броню. В таком случае остается неясным механизм, обеспечивающий подъем воды из глубин океана на поверхность. Каковы силы, способные преодолеть сопротивление ледяной толщи и доставить жидкость в космос?
Модель кашеобразной области вокруг тигровых полос Энцелада (слева) Схема состава оболочки Энцелада, демонстрирующая трение при ударном скольжении вдоль разлома тигровой полосы. Скольжение по разлому конечной длины изменяется со временем в обоих направлениях, хотя здесь мы изображаем только одно направление ударно-скользящего движения. При сдвиговом нагреве на разломе образуется кашеобразная зона соленой воды вокруг кристаллов льда, которая является источником жидкости для материала гейзера. Более темные цвета за пределами кашеобразной зоны качественно соответствуют более высокому ожидаемому содержанию соли (Buffo, Meyer, & Parkinson, 2021) (справа) Идеализированная равновесная фазовая диаграмма для эвтектического бинарного материала (например, NaCl и H2O) как функция температуры и концентрации, по данным Worster (2000). Цитирование: Meyer, C. R., Buffo, J. J., Nimmo, F.,Wells, A. J., Boury, S., Fox‐Powell, M.,et al. (2025). A potential mushy source forthe geysers of Enceladus and other icysatellites. Geophysical Research Letters,52, e2024GL111929 https://doi.org/10.1029/2024GL111929
Модель кашеобразной области вокруг тигровых полос Энцелада (слева) Схема состава оболочки Энцелада, демонстрирующая трение при ударном скольжении вдоль разлома тигровой полосы. Скольжение по разлому конечной длины изменяется со временем в обоих направлениях, хотя здесь мы изображаем только одно направление ударно-скользящего движения. При сдвиговом нагреве на разломе образуется кашеобразная зона соленой воды вокруг кристаллов льда, которая является источником жидкости для материала гейзера. Более темные цвета за пределами кашеобразной зоны качественно соответствуют более высокому ожидаемому содержанию соли (Buffo, Meyer, & Parkinson, 2021) (справа) Идеализированная равновесная фазовая диаграмма для эвтектического бинарного материала (например, NaCl и H2O) как функция температуры и концентрации, по данным Worster (2000). Цитирование: Meyer, C. R., Buffo, J. J., Nimmo, F., Wells, A. J., Boury, S., Fox-Powell, M., et al. (2025). A potential mushy source forthe geysers of Enceladus and other icysatellites. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL111929 https://doi.org/10.1029/2024GL111929
Автор: Meyer, C. R. et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
«Кашеобразная зона»: новый кандидат в источники гейзеров

Вместо прямого сообщения с океаном, ученые предлагают более локализованный источник воды — упомянутую выше «кашеобразную зону». Как она формируется? Ключевую роль здесь играет сдвиговый нагрев. В районе «тигровых полос» происходит интенсивное трение ледяных плит друг о друга, генерируя тепло. Соль, присутствующая в ледяной коре Энцелада, подобно зимним реагентам на земных дорогах, понижает температуру плавления льда. В результате, сочетание трения и соли создает область частично растаявшего льда и соленой воды — ту самую «кашеобразную зону». Именно она, по мнению ученых, и служит источником для гейзеров.

Численное моделирование
Численное моделирование «кашеобразных зон» вокруг трещины (слева). Схематичное изображение области моделирования, начальных условий (teal), граничных условий (purple) и нагрева вдоль трещины (black), где θ — безразмерная температура, φ — пористость, C — состав, а St = L / (cpΔT) — число Стефана, с теплотой плавления L и теплоемкостью cp (справа). Температурные контуры, показывающие развитие «кашеобразной зоны» (T ≥ Te = 252 K) вокруг трещины (безразмерная скорость нагрева F = 280, что соответствует скорости скольжения 3.4 мкм/с) и соленость оболочки Ci = 2 промилле (ppt), что согласуется с Postberg et al. (2009). Цитирование: Meyer, C. R., Buffo, J. J., Nimmo, F., Wells, A. J., Boury, S., Fox-Powell, M., et al. (2025). A potential mushy source forthe geysers of Enceladus and other icysatellites. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL111929 https://doi.org/10.1029/2024GL111929
Автор: Meyer, C. R. et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Доказательства в пользу «каши»?

Аргументы в пользу «кашеобразной зоны» не ограничиваются теоретическими рассуждениями. Исследователи обращают внимание на особенности рельефа в районе «тигровых полос» — так называемые двойные гребни. Аналогичные структуры наблюдаются на Земле, в частности, в Гренландии, где повторное замерзание воды в поверхностных трещинах приводит к формированию гребней по обе стороны разлома. Ученые предполагают, что двойные гребни на Энцеладе могут быть следствием тех же процессов: эпизодические извержения гейзеров сменяются периодами покоя, в течение которых вода в приповерхностной зоне замерзает, расширяясь и формируя характерные гребни.

Кроме того, химический состав гейзеров, в частности, высокое содержание водорода, может быть объяснено процессами, происходящими в «кашеобразной зоне». Водород может быть заключен в клатратах — своеобразных кристаллических структурах, образующихся внутри льда и способных удерживать газы. Частичное таяние клатратов приводит к высвобождению водорода, который, обладая высокой летучестью, легко покидает зону таяния, в то время как другие газы, такие как диоксид углерода и метан, остаются внутри.

Резервуар флюида
Резервуар флюида «кашеобразной зоны», окружающий трещины «тигровых полос», с начальной соленостью оболочки Ci = 2 промилле (ppt): (слева) Стационарный объем межзеренного флюида и пиковая скорость плавления в зависимости от потока тепла сдвига в твердое тело: размерный сверху и безразмерный снизу. При критическом значении F ≈ 170 формируется «кашеобразная зона» вокруг трещины, и эта приповерхностная жидкая вода может извергаться в виде струй. При больших потоках тепла объем резервуара и пиковая скорость плавления возрастают (справа). Пористость φ с наложенными температурными контурами из рисунка 2 для F = 280. Пористость равна нулю за пределами «кашеобразной зоны», где температуры ниже эвтектической. Пористость достигает единицы вдоль части трещины. Цитирование: Meyer, C. R., Buffo, J. J., Nimmo, F., Wells, A. J., Boury, S., Fox-Powell, M., et al. (2025). A potential mushy source forthe geysers of Enceladus and other icysatellites. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL111929 https://doi.org/10.1029/2024GL111929
Автор: Meyer, C. R. et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Что дальше?

Новая теория о «кашеобразной зоне» — это важный шаг в понимании геологической активности Энцелада. Однако, остается немало вопросов без ответов. Каковы механизмы пополнения соленого льда и клатратов в «кашеобразной зоне»? Как поддерживается стабильный состав гейзеров на протяжении длительного времени? Дальнейшие исследования, включая компьютерное моделирование и, возможно, будущие миссии к Энцеладу, должны пролить свет на эти загадки.

И хотя гипотеза о «кашеобразной зоне» может показаться менее романтичной, чем представление о глобальном подповерхностном океане, она открывает новые перспективы в изучении Энцелада. Даже если гейзеры не являются прямым «дыханием» океана, существование кашеобразной зоны, насыщенной соленой водой и органическими соединениями, делает Энцелад еще более интересным объектом для поиска внеземной жизни. Возможно, жизнь на Энцеладе существует не в огромном океане, а в этих небольших, но динамичных, приповерхностных зонах таяния. Ответ на этот вопрос — дело будущего.

1 комментарий

114792522823865246495@google
На Земле как магма может подниматься в высоту? Плотность магмы значительно превышает плотность воды.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Самые дорогие монеты СССР: 10 экземпляров стоимостью до 10 миллионов рублей

  • Тематическая подборка
  • Оффтопик
Рынок советской нумизматики в его нынешнем виде сформировался в конце 1990-х — начале 2000-х, когда массовый коллекционер получил доступ к аукционам, а первые специализированные...

Хлеб в живописи: что интересного на новой выставке в «Зотове»

Новый проект в центре «Зотов» посвящен истории хлеба. Впрочем, не многовековой, конечно: контент выставки охватывает лишь конец XIX - первую половину XX века, но делает это вполне...

Что делать, если на вас напал индюк: три ошибки при встрече с наглой птицей

Взрослый самец индюка весит до 16-18 килограммов и на короткой дистанции развивает скорость до 30 километров в час. При этом в прыжке он бьет роговыми шпорами длиной до трех сантиметров, метя на...

Почему популяция серебряного карася может состоять из одних самок: как устроен гиногенез

В рыболовной практике средней полосы России есть наблюдение, с которым регулярно сталкиваются при чистке улова серебряного карася: из пятидесяти пойманных рыб все пятьдесят оказываются самками с...

Зачем в СССР к пельменям подавали 25 граммов уксуса и почему сейчас вкус кажется слишком резким

Когда я впервые услышала про пельмени с уксусом, сочетание показалось мне странным. К горячим пельменям привычнее добавить сметану или сливочное масло, а уксус обычно вспоминается во время домашних...

Сколько весят все здания на Земле? Расчет 606 млн построек показал: городам нельзя расти выше 7 этажей

Суммарная масса всех зданий, построенных людьми на планете, составляет 835 миллиардов тонн. Это число сложно представить, поэтому исследователи приводят конкретный физический факт: масса всей...