Еще один аргумент в пользу жизни на Энцеладе: аномальное тепло спутника указывает на стабильность его океана

Энцелад, ледяной спутник Сатурна, давно интересует ученых. Под его холодной поверхностью скрывается глобальный океан жидкой воды. Это делает его одним из главных кандидатов на поиск внеземной жизни. Но существование этого океана порождает вопрос: откуда у крошечной луны, так далеко от Солнца, столько энергии, чтобы не промерзнуть до самого ядра?

Часть ответа мы знали. На южном полюсе Энцелада из трещин во льду, названных «тигровыми полосами», бьют мощные гейзеры, выбрасывая в космос воду и тепло. Но было ли это локальной аномалией? Новое исследование, основанное на данных миссии «Кассини», дает однозначный ответ: нет. Оказывается, северный полюс спутника тоже подогревается изнутри.

Что не так с температурой?

На момент ключевых наблюдений аппарата «Кассини» в 2005 году, на северном полюсе Эцелада царила полярная зима, которая длилась уже десять земных лет.

Ученые создали модель, чтобы рассчитать, какой должна быть температура поверхности в таких условиях. Пассивная модель — это, по сути, расчет, который учитывает только внешние источники тепла: тусклый солнечный свет на орбите Сатурна и тепловое излучение, отраженное от самого газового гиганта. Модель предсказала температуру около 31 кельвина (−242 °C).

Однако инфракрасный спектрометр «Кассини» показал другую. Реальная температура поверхности оказалась в среднем 38 кельвинов (−235 °C). Разница в 7 градусов может показаться незначительной, но в мире, где температуры близки к абсолютному нулю, это огромное расхождение. Поверхность была теплее, чем могла бы быть, получая энергию только снаружи. Значит, источник тепла находился где-то еще.

Откуда берется лишняя энергия?

Наиболее вероятный кандидат — эндогенное тепло. Это энергия, которая генерируется в недрах самой луны. Основной механизм ее появления — приливные силы. Гравитация гигантского Сатурна постоянно сжимает и растягивает Энцелад, вызывая трение в его каменном ядре и ледяной оболочке. Это трение и производит тепло, которое затем медленно просачивается наружу.

Исследователи подсчитали, какой именно поток энергии нужен, чтобы объяснить наблюдаемую разницу температур. Результат — 46 милливатт на квадратный метр. Этой дополнительной мощности достаточно, чтобы нагреть ледяную поверхность на те самые 7 кельвинов.

Почему другие объяснения не работают?

Наука всегда требует проверки альтернатив. Могла ли повышенная температура быть следствием чего-то другого?

Первая гипотеза: аномально высокая тепловая инерция. Тепловая инерция — это свойство материала накапливать тепло и медленно его отдавать. Возможно, лед на северном полюсе как-то по-особенному эффективно сохранил тепло, накопленное за долгое полярное лето.

Ученые проверили это, используя данные наблюдений за тем же регионом, но уже летом 2015 года. Оказалось, что модель с аномально высокой тепловой инерцией, которая объясняла бы зимнее тепло, предсказывает слишком холодные температуры для лета. Данные по обоим сезонам не сошлись. Гипотеза не выдержала проверки.

Вторая гипотеза: рельеф. Возможно, микроскопические склоны и трещины на поверхности создают участки, которые по-разному остывают, что в среднем дает более высокую температуру. Но и здесь моделирование показало, что эффект от рельефа на Энцеладе настолько мал, что им можно пренебречь.

Таким образом, внутренний источник тепла остался единственным объяснением, которое согласуется со всеми наблюдениями.

Какова толщина ледяной коры?

Поток тепла, идущий изнутри наружу, напрямую связан с толщиной ледяной коры, которая выступает в роли изолятора. Чем тоньше лед, тем легче теплу достичь поверхности.

Расчеты, основанные на потоке в 46 мВт/м², показали: толщина ледяной оболочки на северном полюсе Энцелада составляет от 20 до 23 километров. Эта цифра почти идеально совпадает с оценками, полученными другими методами — на основе анализа гравитационного поля луны и ее легкого покачивания (либрации) при вращении вокруг Сатурна.

Когда два независимых способа измерения дают схожий результат, это сильно повышает уверенность в правильности выводов.

Этот результат подтверждает, что ледяная кора Энцелада неоднородна. На полюсах, где она тоньше, тепло легче выходит наружу. В экваториальных регионах оболочка, вероятно, толще.

Что все это значит?

Обнаружение внутреннего тепла на северном полюсе — это важная деталь в изучении общего энергетического бюджета Энцелада.

Мы видим, что геологическая активность луны не ограничена лишь южным полюсом. Тепловые потоки, хоть и не такие мощные, как на юге, пронизывают всю ледяную кору.

Такой баланс энергии делает идею о долгоживущем и стабильном океане гораздо более правдоподобной. А стабильность — необходимое условие для зарождения и поддержания жизни.

Источник: Science