Энцелад извергает свои внутренности из-за сдвиговых движений

Возможная связь между сдвиговым движением и струйной активностью на Энцеладе. Боковое расширение вдоль транстенсиональных «зон растяжения» позволяет воде подниматься и подавать материал в криовулканические струи. Автор: James Tuttle Keane

На южном полюсе Энцелада большое количество струй выбрасывают ледяные частицы из ряда зубчатых разломов длиной 150 километров, известных как разломы «тигровая полоса», и этот выброшенный материал объединяется над поверхностью Луны, образуя шлейф. Образцы этого материала шлейфа, проанализированные миссией НАСА Кассини, позволяют предположить, что химические условия, которые, как полагают, необходимы для жизни, могут существовать в океане глубоко под поверхностью Энцелада.

Теперь новое исследование, проведенное аспирантом Александром Берном (MS '22), работающим с Марком Саймонсом, профессором геофизики Джона В. и Герберты М. Майлз и директором Исследовательского центра Бринсона в Калифорнийском технологическом институте, использует подробную геофизическую модель для характеристики движение этих разломов «тигровой полосы» и дает новое понимание геофизических процессов, контролирующих струйную активность.

Понимание этих и других факторов, таких как степень, в которой материал струи представляет собой подземный океан, как долго активны струи, топография ее ледяного панциря и т. д., имеет решающее значение для получения подробной картины потенциальной обитаемости Луны. через некоторое время.

Статья называется «Реактивная активность на Энцеладе, связанная с приливно-сдвиговым движением вдоль полос тигра» и была опубликована в журнале Nature Geoscience 29 апреля.

Шлейф над южным полюсом Энцелада различается по интенсивности, увеличиваясь и ослабляясь, образуя два заметных ярких пика излучения во время 33-часового обращения Луны вокруг Сатурна. Было высказано предположение, что приливные силы заставляют разломы «Тигровая полоса» открываться и закрываться, как дверь лифта, позволяя им выбрасывать больше или меньше материала в циклах, соответствующих этим приливам.

Однако такие модели не способны точно предсказать время пиков яркости шлейфа. Более проблематично: этот механизм открытия разлома требует больше энергии, чем ожидается, можно получить только за счет приливных сил.

Новое исследование предполагает, что наблюдаемые изменения в силе шлейфа Энцелада могут быть связаны с тем, что разломы «тигровые полосы» движутся сдвигово-сдвиговым способом, при этом одна сторона сдвигается с другой, подобно стилю движения разломов, который вызывает землетрясения вдоль разломов, таких как Калифорнийский. Сан-Андреас. Энергия, необходимая для такого движения повреждения, значительно меньше, чем требуется механизму открытия/закрытия.

Энцелад выбрасывает шлейф материала со своего Южного полюса на фоне колец Сатурна. Автор: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Берн и его коллеги разработали сложную численную модель для моделирования сдвиговых движений вдоль разломов Энцелада. Эти модели также учитывают роль трения между ледяными стенками разломов, из-за чего деформация становится чувствительной как к напряжениям сжатия, которые имеют тенденцию зажимать и разжимать разлом, так и к напряжениям сдвига, которые имеют тенденцию вызывать скольжение по разлому.

Численная модель способна моделировать скольжение вдоль тигровых полос таким образом, чтобы это соответствовало изменениям яркости шлейфа, а также пространственным изменениям температуры поверхности, что позволяет предположить, что струи действительно контролируются сдвиговым движением по орбите Энцелада.

Исследователи предполагают, что отдельные струи возникают в местах «разрывов» разломов — изогнутых участков разломов, которые открываются под действием региональных сдвиговых движений. Недавнее отдельное исследование Лаборатории реактивного движения также изучило регион тигровой полосы и обнаружило геологические доказательства разрывов вдоль разломов, расположенных прямо в месте расположения струй.

«Теперь у нас, похоже, есть как геологические, так и геофизические основания подозревать, что струйная активность происходит в местах разрыва вдоль тигровых полос Энцелада», — говорит Берн.

В 2005 году миссия Кассини пролетела мимо Энцелада, взяла образцы материала струи и обнаружила, что шлейф содержит такие элементы, как углерод и азот, что указывает на то, что подземный океан в настоящее время может содержать условия, благоприятные для жизни. Помимо присутствия этих и других химических компонентов, для обитаемости необходимы ключевые геофизические условия, такие как достаточное производство тепла и поток питательных веществ между ядром, океаном и поверхностью.

«Чтобы жизнь могла развиваться, условия для обитания должны быть подходящими в течение длительного времени, а не только на мгновение», — говорит Саймонс. «На Энцеладе нужен долгоживущий океан. Геофизические и геологические наблюдения могут предоставить ключевые ограничения на динамику ядра и коры, а также на степень активности этих процессов с течением времени».

«Детальные измерения движения вдоль полос тигра необходимы для подтверждения гипотез, изложенных в нашей работе», — говорит Берн. «Например, теперь у нас есть возможность отображать сдвиги разломов, такие 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».

Больше информации: Alexander Berne et al, Jet activity on Enceladus linked to tidally driven strike–slip motion along tiger stripes, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01418-0

Источник: California Institute of Technology