Как на Энцеладе образовались трещины?

Ледяной спутник Сатурна Энцелад представляет большой интерес для ученых из-за его подледного океана, что делает его главной целью для тех, кто ищет жизнь в другом месте Солнечной системы.

Новое исследование, проведенное Дугом Хемингуэем из Университета Карнеги, раскрывает физику, управляющую трещинами, через которые океанская вода вырывается из ледяной поверхности спутника, придавая его южному полюсу необычный полосатый вид.

«Впервые увиденные миссией Кассини, эти полосы не похожи ни на что в нашей Солнечной системе», — пояснил ведущий автор Дуг Хемингуэй. «Они параллельны и расположены равномерно, около 130 километров в длину и в 35 километрах друг от друга. Что делает их особенно интересными, так это то, что они постоянно извергаются водой. Никакие другие ледяные планеты или луны не имеют ничего подобного им».

Работая с Максом Рудольфом из Калифорнийского университета, Дэвисом и Майклом Мангой из Калифорнийского университета в Беркли, Хемингуэй использовал модели для исследования физических сил, действующих на Энцеладе, которые позволяют формировать трещины.

Ученые были особенно заинтересованы в понимании того, почему полосы присутствуют только на южном полюсе луны, но также стремились выяснить, почему трещины расположены так равномерно.

Ответ на первый вопрос оказался весьма прост. Исследователи выяснили, что трещины, которые составляют полосы Энцелада, могли образоваться на любом полюсе, но южный случайно раскололся первым.

Энцелад шестой по размеру спутник Сатурна, с диаметром около 500 км. Он испытывает внутреннее нагревание из-за эксцентриситета своей орбиты. Иногда он немного ближе к Сатурну, а иногда и немного дальше, что приводит к тому, что луна слегка деформируется — растягивается и сживается — в ответ на гравитацию планеты-гиганта. Именно этот процесс удерживает спутник от полного замерзания.

Ключом к образованию трещин является тот факт, что полюса испытывают наибольшие эффекты этой гравитационно-индуцированной деформации, поэтому ледяной покров является самым тонким над ними.

В периоды постепенного похолодания на Энцеладе, некоторые из подледных океанов замерзают. Поскольку вода расширяется, когда замерзает, ледяная кора утолщается снизу, давление в нижележащем океане увеличивается, пока ледяной покров в конечном счете не расколется, создавая трещину. Из-за сравнительно тонкого льда полюса наиболее подвержены образованию трещин.

Исследователи считают, что трещина, названная в честь города Багдад, была первой, которая сформировалась. (Полосы названы в честь мест, упомянутых в рассказах «Тысяча и одна ночь», которые также называются «Аравийские ночи».) Однако она не просто снова замерзла. Она остается открытой, позволяя океанской воде извергаться из трещины, что, в свою очередь, приводило к образованию еще трех параллельных трещин. Эта модель объясняет расстояние между трещинами.

Дополнительные трещины образовались из-за массы льда и снега, накапливающихся по краям трещины Багдада, когда струи воды из подледного океана замерзли. Этот вес добавил новую форму давления на ледяной покров.

«Это привело к тому, что ледяной покров изогнулся ровно настолько, чтобы образовалась параллельная трещина на расстоянии около 35 километров», — говорят исследователи.

То, что трещины остаются открытыми и извергаются, также связано с приливными эффектами гравитации Сатурна. Деформация спутника препятствует «заживлению ран» — многократно расширяя и сужая трещины и промывая воду в них и из них — предотвращая повторное застывание льда.

Для спутника большего размера его собственная гравитация была бы сильнее и препятствовала бы открытию дополнительных проломов. Таким образом, эти полосы могли образоваться только на Энцеладе.

«Поскольку именно благодаря этим трещинам мы смогли отобрать и изучить подледный океан Энцелада, любимый астробиологами, мы подумали, что важно понимать силы, которые их формировали и поддерживали», — сказал Хемингуэй.

«Наше моделирование физических эффектов, испытываемых ледяной оболочкой Энцелада, указывает на потенциально уникальную последовательность событий и процессов, которая могла бы позволить существовать этим удивительным трещинам».

Cascading parallel fractures on Enceladus, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0958-x , https://nature.com/articles/s41550-019-0958-x