На протяжении своей эллиптической орбиты спутник Энцелад неравномерно сжимается гравитационным притяжением Сатурна и деформируется из сферической формы в футбольную и обратно. Это циклическое напряжение вызывает явление, называемое "приливным нагревом" внутри Энцелада, и рассеивает достаточно энергии для поддержания того, что считается глобальным океаном под ледяной корой Луны. На южном полюсе Энцелада большое количество струй выбрасывает ледяные частицы из множества зазубренных разломов длиной 150 километров, известных как разломы в виде тигровых полос, и этот выброшенный материал собирается над поверхностью Луны, образуя шлейф. Образцы этого шлейфового материала, проанализированные миссией НАСА "Кассини", позволяют предположить, что химические условия, которые, как считается, необходимы для жизни, могут существовать в океане глубоко под поверхностью Энцелада.
Теперь в новом исследовании, проведенном аспирантом Александром Берном (MS '22) совместно с Марком Саймонсом, профессором геофизики Джона У. и Герберты М. Майлз и директором исследовательского центра Бринсона в Калифорнийском технологическом институте, используется подробная геофизическая модель для характеристики движения этих разломов в виде тигровой полосы, что позволяет получить новое представление в геофизические процессы, управляющие реактивной активностью. Понимание этих и других факторов, таких как степень, в которой материал струй представляет собой подземный океан, как долго струи были активны, топография ледяного панциря и так далее, имеет решающее значение для получения подробной картины потенциальной обитаемости Луны с течением времени. Статья называется "Реактивная активность на Энцеладе, связанная с приливно-отливным движением вдоль тигровых полос" и была опубликована в журнале Nature Geoscience 29 апреля.
Шлейф над южным полюсом Энцелада меняется по интенсивности, усиливаясь и ослабевая, образуя два заметных ярких пика излучения во время 33-часового обращения Луны вокруг Сатурна. Было выдвинуто предположение, что приливные силы заставляют разломы тигровой полосы открываться и закрываться подобно дверям лифта, позволяя им выбрасывать больше или меньше материала циклами, соответствующими этим приливам. Однако такие модели не в состоянии точно предсказать время появления пиков яркости шлейфа. Еще одна проблема: этот механизм открытия разломов требует больше энергии, чем, как ожидается, может быть получено только за счет приливного воздействия. Новое исследование предполагает, что наблюдаемые изменения в силе шлейфа Энцелада могут быть вызваны тем, что разломы в виде тигровых полос движутся по принципу "проскальзывания", когда одна сторона проходит мимо другой, подобно движению разломов, которое вызывает землетрясения вдоль таких разломов, как калифорнийский Сан-Андреас. Энергия, необходимая для такого перемещения неисправности, значительно меньше, чем требуется механизму открывания/закрывания.
Берн и его коллеги разработали сложную численную модель для моделирования ударного движения вдоль разломов Энцелада. Эти модели также учитывают роль трения между ледяными стенками разломов, которое приводит к тому, что деформация становится чувствительной как к напряжениям сжатия, которые имеют тенденцию сжимать и разжимать разлом, так и к напряжениям сдвига, которые приводят к проскальзыванию разлома. Численная модель способна имитировать скольжение вдоль тигровых полос таким образом, чтобы оно соответствовало изменениям яркости шлейфа, а также пространственным изменениям температуры поверхности, что позволяет предположить, что струи действительно управляются скользящим движением по орбите Энцелада. Исследователи предполагают, что отдельные струи возникают в местах "отрыва" в разломах - изогнутых участках разлома, которые раскрываются при региональном сдвиговом движении. Недавнее отдельное исследование, проведенное JPL, также исследовало область тигровой полосы и обнаружило геологические свидетельства отрывов вдоль разломов, расположенных прямо в месте расположения струй. "Теперь у нас, по-видимому, есть как геологические, так и геофизические основания подозревать, что реактивная активность наблюдается в местах сближения тигровых полос Энцелада", - говорит Берн.
В 2005 году миссия "Кассини" пролетела мимо Энцелада, взяла пробы материала струи и обнаружила, что шлейф содержит такие элементы, как углерод и азот, что указывает на то, что в подповерхностном океане в настоящее время могут существовать условия, благоприятные для жизни. В дополнение к наличию этих и других химических компонентов, для обитаемости необходимы ключевые геофизические условия, такие как достаточное выделение тепла и поток питательных веществ между ядром, океаном и поверхностью. "Чтобы жизнь развивалась, условия для ее обитаемости должны быть подходящими в течение длительного времени, а не мгновения", - говорит Саймонс. "На Энцеладе необходим океан-долгожитель. Геофизические и геологические наблюдения могут определить ключевые факторы, влияющие на динамику ядра и земной коры, а также степень активности этих процессов с течением времени". "Подробные измерения движения вдоль тигровых полос необходимы для подтверждения гипотез, изложенных в нашей работе", - говорит Берн. "Например, теперь у нас есть возможность фиксировать смещение разломов, таких как землетрясения, на Земле, используя радиолокационные измерения со спутников на орбите. "Применение этих методов на Энцеладе должно позволить нам лучше понять перенос материала из океана на поверхность, толщину ледяной корки и долгосрочные условия, которые могут позволить жизни формироваться и развиваться на Энцеладе".
