В 2005 году данные изображения Кассини показали удивительное существование гейзеров в южном полярном регионе, выбрасывающих водяной пар в космос. Ученые теперь считают, что на Энцеладе есть внутренний океан жидкой воды под тоннами ледяной корки, и что именно оттуда берут начало шлейфы. Таким образом, анализ состава шлейфов может дать прямое представление о том, что происходит во внутреннем океане.
Кассини с тех пор пролетел сквозь шлейфы, что позволило ученым определить, что эти водянистые гейзеры содержат другие летучие вещества, включая водород, углекислый газ, аммиак и метан. Летучие вещества – это химические элементы и соединения с низкими температурами кипения, которые связаны с земной корой или атмосферой планеты или луны.
«Мы смоделировали, что произойдет с этими видами в подземном океане на Энцеладе», – сказал ведущий автор статьи Алексис Буке, французский аспирант Техасского университета в Сан-Антонио. "При высоком давлении, ожидаемом в подземном океане, клатраты могут образовывать и истощать океан летучих веществ."
Клатраты – это химические соединения, в которых кристаллическая структура одного компонента содержит другой. Для клатратов метана вода образует водородный каркас решетки, который охватывает молекулы метана. В этой форме на Земле существует большое количество замороженного метана, как в вечной мерзлоте, так и под дном океана.
Кассини обнаружил силикатные наночастицы в шлейфах, намекая, что на дне океана Энцелада могут быть горячие точки с температурой до 100 градусов по Цельсию. В этом сценарии гидротермальная активность может производить метан в результате взаимодействия породы и воды, подобно процессам в гидротермальных океанских жерлах Земли.
Высокое давление в более прохладных водах океана превращает метан в клатраты. Если скорость производства метана превысит конверсию метана, то море будет перенасыщено метаном. Это могло объяснить обилие метана в шлейфе.
«Образование клатрата метана в условиях моря Энцелада было настолько эффективным, что присутствие метана в шлейфе Энцелада было неожиданным», – сказал доктор. Хантер Уэйт, программный директор Отдела космической науки и техники Юго-Западного научно-исследовательского института. Уэйт является главным исследователем двух спектрометров Кассини и дополнительным консультантом факультета Буке.
«Изначально мы не догадывались, что изучение образования клатратных гидратов в морях Энцелада приведет к выводу, что метан активно вырабатывается гидротермальными процессами на границе между породами и водой в море Энцелада», – добавил Буке. "Это очень похоже на аналог земного океана, где ранняя жизнь сформировалась в гидротермальных системах, способных производить метан."
Второй сценарий исследует нормальный цикл образования / таяния льда, когда метан выбрасывается в океан в результате таяния первичного льда. Высокое давление превращает его в клатрат метана, который просачивается на поверхность. Этот механизм, однако, включает сложный процесс образования клатрата метана и его эффективного переноса в расширяющемся внутреннем море.
«В этом сценарии, когда клатраты метана мигрируют на более мелкие глубины, метан выделяется таким же образом, как углекислый газ в бутылке шампанского, выскакивающей пробку», – сказал Буке. «Это газонасыщение может привести к вытеснению воды, что поможет создать насыщенные метаном шлейфы, отобранные Кассини."
Путем моделирования авторы пришли к выводу, что летучие вещества, наблюдаемые в шлейфах Энцелада, могут быть вовлечены в процесс образования шлейфа за счет диссоциации клатратов или присутствия большого количества водорода.
Авторы согласны с тем, что оба сценария в какой-то степени вероятны.
Более подробное моделирование взаимодействия льда с морем и внутренней динамики океана может определить, какой механизм является наиболее важным. Растущее количество свидетельств внутренней гидротермальной активности, о чем свидетельствует присутствие соленых ледяных зерен и наночастиц диоксида кремния, свидетельствует в пользу гидротермального сценария.
Статья под названием «Возможное свидетельство источника метана в океане Энцелада» была опубликована в феврале. 26, 2015, выпуск Geophysical Research Letters.
Авторы включают Букет; Оливье Муси из Марсельского университета в Эксе; Уэйт; и Сильвен Пико из Observatoire des Sciences de l’Univers de Besancon, Universite de Franche-Comte.