Гейзеры на ледяном спутнике Сатурна Энцеладе могут образовываться из «мягкой зоны»

Спутник Сатурна Энцелад, запечатленный космическим аппаратом «Кассини» в 2008 году. Автор: NASA/JPL/Space Science Institute.

Поиск жизни на других небесных телах или, по крайней мере, необходимых компонентов для ее поддержания, на протяжении столетий увлекал ученых и энтузиастов. Хотя планеты являются очевидным выбором, их луны также могут содержать химические ингредиенты для жизни.

Космический аппарат НАСА «Кассини» обнаружил эти струи в 2005 году, а затем в 2008, 2009 и 2015 годах взял их пробы. Впоследствии ученые обнаружили, что горячие, богатые минералами воды обладают необходимыми для жизни компонентами, несмотря на то, что поверхность спутника достигает экстремальных температур -201 °C.

Большой подповерхностный океан, охватывающий около 20 миллионов км ³, обычно считается основным источником гейзеров Энцелада, извергающихся через трещины в коре. Это связано с соленостью отобранного материала и цикличностью струй, соответствующей орбите луны вокруг Сатурна, с сопутствующим нагреванием и охлаждением.

Однако новое исследование по моделированию, проведенное профессором Колином Мейером из Дартмутского колледжа (США) и его коллегами и опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, подтвердило альтернативное объяснение.

«Космический аппарат «Кассини» пролетел через один из шлейфов Энцелада и измерил органику, возможный признак жизни, что делает эти гейзеры уникальными и важными для астробиологии. Этот шлейф исходит из потенциально обитаемого океана под ледяным панцирем, поэтому мы хотим понять, как образуются гейзеры, чтобы определить, пригоден ли Энцелад для жизни», — объясняет профессор Мейер значимость исследования.

«Мы считаем важным полностью изучить альтернативу доминирующим объяснениям происхождения гейзеров, поскольку это позволит нам либо укрепить гипотезу об океаническом источнике, либо определить, какие данные необходимы для различения двух механизмов.

«По моему мнению, две основные уязвимые стороны океанического источника — это 1) сложность прорыва трещины через всю оболочку и 2) механизм, посредством которого океанический материал проходит через трещины».

Модель кашеобразной зоны, лежащей над подповерхностным океаном на Энцеладе. Автор: Meyer et al, 2025.

Вместо гипотезы подповерхностного океана исследователи предполагают, что происходит сдвиговый нагрев, при котором тепло вырабатывается из-за трения слоев внутри материала, движущегося с разной скоростью. Это происходит из-за приливного воздействия, утверждает профессор Мейер.

«Приливные силы Сатурна тянут оболочку Энцелада, пока луна вращается вокруг планеты, так же как Солнце и Луна вызывают океанские приливы на Земле. Изменение приливного натяжения в поперечном направлении поперек ледяной оболочки вызывает напряжение, которое приводит к деформации льда.

«Две стороны трещины на южном полюсе не связаны, и может быть разница в том, как они деформируются. Разница в скольжении по трещине сродни землетрясению и заставляет две стороны трещины тереться друг о друга и выделять тепло».

Этот сдвиговой нагрев может нагреть лунный лед выше эвтектической температуры, самой низкой температуры, при которой жидкий рассол стабилен. Когда области оболочки поднимаются выше эвтектической температуры, соли растворяются в жидком рассоле, который заполняет пространство между кристаллами льда.

Для Энцелада это может происходить в трещинах внутри соленой ледяной оболочки, которую ученые ласково называют тигровыми полосками, создавая резервуар «мягкой зоны», состоящий из льда и жидкого рассола. Образцы Кассини идентифицировали водяной пар, углекислый газ, метан, аммиак, окись углерода, азот, соли и кремний внутри гейзеров.

Этот жидкий рассол получается из солей внутри ледяной оболочки, снижающих температуру, при которой плавится оболочка, вызывая локализованное частичное таяние и последующий выброс с поверхности в виде гейзеров. Моделирование профессора Мейера предполагает, что 300 кг льда и пара могут выбрасываться через струю каждую секунду. Этот механизм основан на наличии устойчивых скоростей таяния льда и достаточных объемов жидкого рассола.

Хотя ледяная оболочка Энцелада может иметь толщину до 25 км в глобальном масштабе, она может быть всего 6 км над южным полюсом, что делает таяние более вероятным. Когда разломы неглубокие, кашеобразная зона в основном отсутствует, но по мере увеличения глубины разлома кашеобразная зона может достигать всей ледяной оболочки.

«В последнем случае разломы становятся важным каналом для жизни», — говорит профессор Мейер, поскольку «обмен между океаном и поверхностью может позволить материалам, из которых состоят строительные блоки жизни, попасть на поверхность, тем самым химически увеличивая потенциальную пригодность луны для жизни».

Помимо Энцелада, это исследование также помогает нам понять геофизические процессы на других ледяных лунах нашей Солнечной системы, таких как Тритон Нептуна, Титан Сатурна и Европа Юпитера, а также их потенциальную пригодность для жизни.

Больше информации: Colin R. Meyer et al, A Potential Mushy Source for the Geysers of Enceladus and Other Icy Satellites, Geophysical Research Letters (2025). DOI: 10.1029/2024GL111929