Новое исследование, основанное на данных миссии NASA «Кассини», выявило, что Энцелад, один из наиболее интригующих спутников Сатурна и главный кандидат на существование внеземной жизни, излучает тепло с обоих полюсов. Это неожиданное открытие указывает на то, что ледяной мир обладает долгосрочным тепловым балансом, необходимым для потенциального возникновения жизни. Результаты опубликованы 7 ноября в журнале Science Advances.
Команда ученых из Оксфордского университета, Юго-западного научно-исследовательского института и Института планетарных наук в Тусоне, Аризона, обнаружила первые доказательства значительного теплового потока в северном полюсе Энцелада. До этого момента ученые полагали, что теплопотери ограничены южным полюсом, где гейзеры выбрасывают водяной пар и частицы льда в космос. Новые измерения подтверждают, что Энцелад гораздо более термально активен, чем предполагалось ранее, генерируя и выделяя значительно больше тепла, чем можно было бы ожидать от спящего, замерзшего спутника.
Энцелад – это геологически активный мир с глобальным соленым океаном, скрытым под его ледяной поверхностью. Ученые считают, что этот океан является основным источником внутреннего тепла спутника. Поскольку он содержит жидкую воду, тепло и необходимые химические компоненты, такие как фосфор и сложные углеводороды, это подповерхностное море считается одной из самых многообещающих сред в Солнечной системе для жизни за пределами Земли.
Для процветания жизни океан Энцелада должен оставаться стабильным в течение длительных периодов, поддерживая равновесие между получаемой и теряемой энергией. Этот баланс поддерживается за счет приливного нагрева, вызванного мощным гравитационным притяжением Сатурна, которое растягивает и сжимает спутник по мере его орбитального движения. Если тепла образуется слишком мало, поверхностная активность Энцелада угаснет, и его океан в конечном итоге может замерзнуть. Однако слишком большое количество энергии может вызвать чрезмерную геологическую активность, нарушив хрупкую среду, поддерживающую его океан.
«Энцелад – ключевая цель в поиске жизни за пределами Земли, и понимание долгосрочной доступности его энергии является ключом к определению того, может ли он поддерживать жизнь», – объяснила доктор Джорджина Майлз из Юго-западного научно-исследовательского института и приглашенный ученый на факультете физики Оксфордского университета, ведущий автор исследования.
До недавнего времени ученые измеряли теплопотери только на южном полюсе спутника. Северный полюс считался геологически спокойным и неактивным. Чтобы оспорить это предположение, исследовательская группа использовала данные с космического аппарата NASA «Кассини» для изучения северной полярной области в течение двух ключевых периодов: глубокой зимы 2005 года и лета 2015 года. Эти наблюдения позволили ученым оценить, сколько энергии теряет Энцелад по мере того, как тепло перемещается из относительно «теплого» подповерхностного океана (0 °C) через его ледяную кору к поверхности, которая остается крайне холодной (–223 °C), прежде чем улетучиться в космос.
Моделируя ожидаемые температуры поверхности во время долгой полярной ночи и сравнивая их с инфракрасными данными Спектрометра составного инфракрасного излучения (CIRS) «Кассини», исследователи обнаружили, что поверхность северного полюса была примерно на 7 К теплее, чем ожидалось. Единственное объяснение этого избыточного тепла – утечка тепла из скрытого океана.
Команда измерила тепловой поток в 46 ± 4 милливатт на квадратный метр. Хотя это может показаться скромным, это составляет около двух третей среднего тепла, уходящего через континентальную кору Земли. В масштабах Энцелада это составляет около 35 гигаватт энергии – примерно мощность, вырабатываемая 66 миллионами солнечных панелей (по 530 Вт каждая) или 10 500 ветряными турбинами (по 3,4 МВт каждая).
Когда новые измерения объединяются с ранее обнаруженным теплом на активном южном полюсе, общие теплопотери Энцелада достигают около 54 гигаватт. Эта цифра точно соответствует предсказаниям о том, сколько тепла должно генерироваться приливными силами. Почти идеальный баланс между образованием и потерей тепла указывает на то, что океан Энцелада мог оставаться жидким на протяжении огромных промежутков времени, предлагая стабильную, долговременную среду, которая могла бы позволить жизни развиться.
«Понимание того, сколько тепла Энцелад теряет на глобальном уровне, имеет решающее значение для того, чтобы знать, может ли он поддерживать жизнь», – сказала доктор Карли Хауэтт из Оксфордского университета и Института планетарных наук в Тусоне, Аризона, автор-корреспондент исследования. «Действительно захватывающе, что этот новый результат подтверждает долгосрочную устойчивость Энцелада, ключевой компонент для развития жизни».
Следующая задача для ученых – определить, как долго существует океан Энцелада. Если он существовал миллиарды лет, то условия для жизни могли быть достаточно стабильными, чтобы она потенциально возникла. Однако точный возраст океана остается неопределенным.
Исследование также показало, что тепловые показания могут помочь оценить толщину ледяной оболочки Энцелада – важный фактор для планирования будущих миссий, которые могут попытаться исследовать его океан с помощью роботизированных зондов или посадочных аппаратов. Анализ предполагает, что лед имеет толщину от 20 до 23 км на северном полюсе и в среднем от 25 до 28 км по всему спутнику – несколько глубже, чем более ранние оценки, полученные из других моделей.
«Выявить тонкие изменения температуры поверхности, вызванные кондуктивным тепловым потоком Энцелада, из-за его ежедневных и сезонных изменений температуры было сложной задачей, и это стало возможным только благодаря расширенным миссиям «Кассини»», – добавила доктор Майлз. «Наше исследование подчеркивает необходимость долгосрочных миссий к океаническим мирам, которые могут скрывать жизнь, и тот факт, что данные могут раскрыть не все свои секреты даже спустя десятилетия после их получения».
