Hvor salt er Enceladus havet under isen?

En iskold satellit af Saturn, Enceladus, har været genstand for stigende interesse i de senere år, siden Cassini fangede stråler af vand og andet materiale, der blev slynget ud af månens sydpol. En særligt fristende hypotese, der understøttes af prøvesammensætningen, er, at der kan være liv i havene under Enceladus isskaller. For at evaluere Enceladus' beboelighed og finde ud af den bedste måde at sondere denne iskolde måne på, videnskabsmænd skal bedre forstå den kemiske sammensætning og dynamikken i Enceladus' hav.

Specifikt, en passende saltholdighed kan være vigtig for beboelighed. Som grøden fra de tre bjørne, saltniveauet i vandet skal være det helt rigtige, for at livet kan trives. For højt saltindhold kan være livstruende, og for lavt saltindhold kan indikere en svag vand-sten reaktion, begrænse mængden af ​​energi til rådighed for livet. Hvis liv eksisterer, havets cirkulation, som også er indirekte afhængig af saltholdighed, vil bestemme, hvor varmen, næringsstoffer og potentielle biosignaturer transporteres til, og er derfor nøglen til påvisning af biosignaturer.

Et team af forskere, der arbejder med Dr. Wanying Kang ved MIT, nærmer sig disse spørgsmål ved numerisk at simulere de sandsynlige havcirkulationer for forskellige mulige saltholdighedsniveauer og evaluere sandsynligheden for hvert scenarie ved at spørge, om det er i stand til at opretholde den observerede isskalgeometri, som Cassini kortlagt på den iskolde måne.

Havets cirkulation er afhængig af forskelle i tætheden af ​​dets bestanddele i vand i forskellige dele af havet. Vand, der er mere tæt, vil strømme mod vand, der er mindre tæt for at nå en ligevægt. Disse tæthedsforskelle er i sig selv styret af to nøglefaktorer, placeringen af ​​månens varmekilde og havets saltholdighed, begge er i øjeblikket dårligt forstået.

Der er to steder på Enceladus for en potentiel varmekilde:i silikatkernen eller i den nedre ishylde, hvor den møder den øvre del af havet. Hvis der produceres en betydelig mængde varme i silikatkernen gennem tidevandsbøjning under havet, videnskabsmænd ville forvente at se konvektion, ligesom hvad der sker, når du koger en gryde vand. Tilsvarende hvis der fryser på toppen af ​​havet, salt vil blive drevet ud af isen, øge den lokale vandtæthed og udløse konvektion fra toppen.

Salinitet spiller også en nøglerolle i disse tæthedsberegninger. For relativt lave saltholdighedsniveauer, vand trækker sig sammen ved opvarmning nær frysepunktet, gør det mere tæt. Da Enceladus' hav er i kontakt med en global isskal, det er nær frysepunktet. Dette er i modstrid med, hvordan de fleste mennesker tænker på opvarmning - hvilket generelt indebærer, at materialet bliver mindre tæt med stigende temperatur. Ved højere saltindhold, dette bliver sandt, og vandet begynder at opføre sig normalt, udvides ved opvarmning.

I betragtning af usikkerheden om Enceladus' saltholdighed i havet (mellem 4-40 gram salt pr. kilogram vand) og hvor stor en procentdel af planetens opvarmning finder sted ved en af ​​de to kilder, Dr. Kang og hendes medforfattere brugte MIT's havmodel til at simulere havcirkulationen under forskellige kombinationer, forudsat at den observerede isskal opretholdes ved at fryse i de tykke isområder og smelte andre steder. Dette gælder i høj grad for iskolde verdener, da ishylder ville flade ud naturligt over tid på grund af isflow, hvis ingen anden proces opretholder en forskel.

Holdet diagnosticerede varmetransporten under forskellige scenarier og fandt ud af, at kun få af dem stort set kan opretholde et "afbalanceret" varmebudget, dvs. hvordan de forskellige varmekilder (mængden af ​​varmeflux fra havet til isen, plus varmeproduktionen i isen på grund af tidevandsbøjning, plus den latente varmefrigivelse) kan præcist balancere det ledende varmetab gennem isskallen.

Ifølge modellen, en sådan balance kan opnås bredt, hvis havets saltholdighed er på et mellemniveau (10 ^-30 g/kg), og hvis iskappen er den dominerende varmekilde. Når disse to betingelser er opfyldt, havcirkulationen er svag. Som resultat, det varme polære vand vil ikke blive blandet mod ækvator for effektivt, så ækvatorial smeltning vil ikke ske. Dette resulterer i en ishylde, som er tykkere omkring månens ækvator, som blev observeret af Cassini. Det betyder også, at trykket ved vand-is-grænsefladen er lavere ved polerne, hvilket betyder, at det også har et højere frysepunkt end vand ved ækvator.

For de scenarier med et "ubalanceret" varmebudget, hvilket betyder, at noget af den varme, der skabes på månen, ikke ledes væk, varmetransporten mod ækvator er for effektiv, og den ækvatoriske isskal vil have tendens til at smelte. I mellemtiden trykgradientkraften vil drive en isstrøm fra ækvator til polerne. Sammen, smeltningen og isstrømmen vil reducere istykkelsen nær ækvator, uundgåeligt. Under dette scenarie, den observerede isgeometri kan ikke opretholdes i hele månens levetid.