Det indre hav af Saturns månen Enceladus kunne være gammel nok til at have udviklet liv, finder undersøgelse

Vi sagde for nylig farvel til Cassini-rumfartøjet, som efter 13 års trofast kredsløb om Saturn og dens måner blev rettet til at styrte ned i den gigantiske planets atmosfære. Årsagen til den "grand finale" var at beskytte sig mod muligheden for, at Cassini kunne styrte ind i en af ​​Saturns måner – især Enceladus.

Med sit gardin af gejsere og indre hav, Enceladus er unik. Som resultat, denne lille, iskold måne betragtes i øjeblikket som en potentiel vært for livet, og derfor blev der ikke taget nogen chance for, at det kunne blive forurenet af Cassini-rumfartøjet. Nu ny forskning, udgivet i Nature Astronomy, antyder, at dette hav har eksisteret i Enceladus i meget lang tid - muligvis længe nok til at skabe betingelserne for at udvikle liv.

Gejserne er faner af salt vandis blandet med spor af kuldioxid, ammoniak, metan og andre kulbrinter, der bryder ud langs sprækker i Enceladus' sydpolare region. Det var på grund af disse gejsere, at forskerne kunne regne ud, at Enceladus må have et hav under sin iskolde skorpe, og at havet er aktivt (konvektion). En efterfølgende observation af, at brint var til stede i fanerne, førte til en yderligere konklusion, at hydrotermisk aktivitet - kemiske reaktioner på grund af samspillet mellem vand og sten - fandt sted. Men hvad videnskabsmænd har undladt at forklare er, hvilken varmekilde der kunne drive denne aktivitet.

Efterhånden som flere observationer af fanernes placering blev foretaget, mysteriet om den manglende varmekilde steg. Gejserne er forbundet med funktioner kendt som "tigerstriber" - et sæt på fire, parallelle depressioner, omkring 100 km lang og 500 m dyb. Temperaturen på striberne er højere end den på resten af ​​den iskolde skorpe, så man antog, at det måtte være sprækker i isen. Der er næsten ingen nedslagskratere i tigerstriber-regionen, så det må være meget ungt, af størrelsesordenen en million år gammel. Enhver model, der foregav at forklare varmekilden, skulle også tage højde for dens fokuserede natur - havet er globalt, men hvorfor er kun det sydlige polarområde aktivt?

For flere år, videnskabsmænd har favoriseret forklaringen på "tidevandsopvarmning" - et resultat af interaktioner mellem kroppe i planetstørrelse. For eksempel er tidevandsinteraktion med vores egen måne ansvarlig for ebbe og strøm af vand på Jorden. Enceladus er i orbital resonans med månen Dione af samme størrelse, hvilket påvirker formen af ​​Enceladus' kredsløb omkring Saturn. Effekten, imidlertid, er utilstrækkelig til at tage højde for den effekt, der kræves for at holde gejserne aktive - beregnet til at være i størrelsesordenen 5GW. Dette ville være tilstrækkelig strøm til en by på størrelse med Chicago.

Porøs kerne

Forskere kom et skridt tættere på at løse gåden, da de så på Enceladus' indre struktur. Månen har en tæthed, der er lav nok til at antyde hovedsagelig is med en lille, stenet kerne. Denne observation har været kendt i mange år, lige siden Voyager 2-missionen tog de første billeder af Enceladus og bestemte dens radius, så dets volumen kan beregnes. Enceladus' gravitationsslæbebåd på Cassini gjorde det muligt at estimere månens masse, giver en værdi for kroppens tæthed. Tyngdekraftsmålinger fra Cassini viste, at kernen også havde en lav densitet, hvilket kunne tolkes som, at kernen var porøs, med porerne fyldt med is.

Den nye serie af beregninger fylder kernens porer med vand, frem for is, hvorfra forfatterne viser, at tidevandskræfter forbundet med porevandet er mere end tilstrækkelige til at forklare, hvordan Enceladus' varme genereres. Modellen er imponerende, fordi den er så grundig – ikke kun i betragtning af kernens porøsitet, men dens permeabilitet (hvor let kan væsker bevæge sig igennem den) og hvor stærk den er (vil den splintres eller bøjes, når væsker løber igennem den?). Forskerne anvender lignende detaljer på væsken, under hensyntagen til dens viskositet (hvor flydende den er), temperatur og sammensætning, samt dets konvektivitetsegenskaber (hvor godt kan det transportere varme).

At tage alle disse parametre sammen og tildele dem enten kendte eller konservativt vurderede værdier resulterer i et frygtindgydende kompleks af ligninger. Heldigvis, forfatterne (eller, i det mindste, deres computersoftware) kan løse ligningerne for at producere en elegant model af varmeflow i Enceladus.

Forfatterne skaber et 3-D billede af, hvor og hvordan varme fra tidevandsbevægelser i porerummene overføres til havet under overfladen. De finder ud af, at varmeafgivelsen fra kernen ikke er homogen, men fremstår som en række indbyrdes forbundne, smalle opstrømme, hvor temperaturen er over 363K (85°C), med hotspots hovedsageligt på sydpolen. Fordi varmekilderne er så fokuserede, der ville være øget hydrotermisk aktivitet forbundet med dem - hvilket forklarer brinten i fanerne.

Den sidste spændende observation, der kommer fra modellen, er, at mængden af ​​varme produceret af det indre tidevand er tilstrækkelig til at opretholde Enceladus' underjordiske hav i milliarder af år. Forud for dette, man troede, at hvis varmekilden til et globalt hav under overfladen havde været radioaktivt henfald, havet ville fryse om et par millioner år, hvorfor tidevandskræfter blev foreslået som en potentiel varmekilde. Men igen, der var problemer med sådan en model, kræver ændringer i Enceladus' kredsløb – og alligevel, et hav ville være, i bedste fald, forbigående.

Dette fører straks til et andet sæt spørgsmål:hvad betyder dette for livet på Enceladus? Et varmt globalt hav med en levetid på flere milliarder år ville være et fantastisk sted for livet at komme i gang - det tog kun omkring 640 millioner år for livet at udvikle sig fra mikrobe til pattedyr på Jorden. Desværre, selvom, Enceladus selv kan være ret ung:et nyligt papir foreslog, at månen måske kun var dannet for omkring 100 m år siden - er det et tilstrækkeligt langt interval til, at livet er kommet i gang?

Muligvis - liv ser ud til at være gået i gang på Jorden inden for et par hundrede millioner år efter dets dannelse under meget mere alvorlige omstændigheder med nedslagsbombardement. Selvom det tog yderligere 3, 500 millioner år eller deromkring for at komme til den dramatiske udvidelse af livet. Måske er det fremtiden, der ser lys ud for Enceladus – hvis Enceladus' hav har potentialet til at holde i milliarder af år, så kunne en lignende evolutionær sekvens som den på Jorden finde sted i de mørke dybder af et Enceladen ocean? Måske ingen fremtidig abernes dværgplanet – men hvad koster en havfrue?

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.