Onlangs hebben we afscheid genomen van het Cassini-ruimtevaartuig, dat, na 13 jaar trouwe dienst in de baan van Saturnus en zijn satellieten, rechtstreeks afdaalde naar de diepten van de atmosfeer van de gigantische planeet. De reden voor deze grote finale was de waarschuwing voor de mogelijkheid dat de Cassini tegen een van de manen van Saturnus zou botsen - in het bijzonder Enceladus.
Enceladus is uniek vanwege zijn gordijn van geisers en binnenzee. Tegenwoordig wordt deze kleine ijzige maan beschouwd als een potentiële habitat voor leven, dus we konden hem niet laten vervuilen door het Cassini-ruimtevaartuig. Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Nature Astronomy, suggereert dat deze oceaan al heel lang onder het oppervlak van Enceladus heeft bestaan - lang genoeg om alle voorwaarden te scheppen voor leven om zich te ontwikkelen.
Enceladus-geisers zijn emissies van zoute waterijsmengsels met sporen van kooldioxide, ammoniak, methaan en andere koolwaterstoffen die uit barsten in het zuidpoolgebied van Enceladus barsten. Het was vanwege deze geisers dat wetenschappers besloten dat Enceladus een ondergrondse oceaan moet hebben en dat deze oceaan actief (convectief) is. Daaropvolgende observatie toonde aan dat waterstof aanwezig was in de emissies, wat leidde tot een aanvullende conclusie over hydrothermische activiteit: chemische reacties door de interactie van water en gesteente. Maar wetenschappers hebben niet kunnen uitleggen wat voor soort warmtebron tot deze activiteit zou kunnen leiden.
Met aanvullende waarnemingen werd het mysterie van de ontbrekende warmtebron alleen maar groter. Geisers worden geassocieerd met de zogenaamde "tijgerstrepen" - een reeks van vier parallelle breuken op het oppervlak, 100 kilometer lang en 500 meter diep. Deze banden zijn heter dan de rest van de ijskorst, dus het zouden scheuren in het ijs moeten zijn. Er zijn bijna geen inslagkraters in het gebied van de tijgerstrepen, dus ze moeten erg jong zijn, in de orde van een miljoen jaar. Elk model dat de warmtebron zou kunnen verklaren, zou ook rekening moeten houden met zijn gefocuste aard - de oceaan van de wereld, maar waarom is alleen het zuidpoolgebied actief?
Wetenschappers geven al jaren de voorkeur aan de uitleg van "getijdenverwarming" - het resultaat van de interactie tussen lichamen van planetaire afmetingen. Getijde-interactie met onze eigen maan is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de eb en vloed van water op aarde. Enceladus is in orbitale resonantie met de maan Dione, wat de vorm van de baan van Enceladus rond Saturnus beïnvloedt. Maar deze invloed is niet voldoende om het vermogen te verklaren dat nodig is om de geisers actief te houden - ongeveer 5 GW. Het zou genoeg zijn voor een stad ter grootte van Sint-Petersburg.
Poreuze kern
Promotie video:
Wetenschappers waren dicht bij het oplossen van de puzzel toen ze naar de interne structuur van Enceladus keken. Deze maan heeft een dichtheid die laag genoeg is om voornamelijk uit ijs met een kleine vaste kern te bestaan. Dit werd jarenlang overwogen, aangezien Voyager 2 de eerste foto's van Enceladus nam en de straal en vervolgens het volume ervan bepaalde. De zwaartekracht van Enceladus, die op de Cassini inwerkte, maakte het mogelijk om de massa van de maan te schatten en de waarde van de dichtheid van het lichaam af te leiden. Cassini's metingen lieten ook zien dat de kern een lage dichtheid heeft, waardoor kan worden geconcludeerd dat de kern poreus is, met poriën gevuld met ijs.
De nieuwe reeks berekeningen vult de poriën van de kern met water in plaats van met ijs, omdat de getijdekrachten van het water in de poriën meer dan voldoende zijn om uit te leggen hoe de warmte van Enceladus wordt gegenereerd. Het model is uitstekend omdat het niet alleen de porositeit van de kern verklaart, maar ook de permeabiliteit (hoe gemakkelijk vloeistof er doorheen gaat) en de sterkte (zal het barsten als de vloeistof passeert?).
Door al deze parameters in één vergelijking te combineren, kan dit worden opgelost door een elegant model van warmtestroom binnen Enceladus te creëren.
De auteurs van het werk creëren een driedimensionaal beeld van waar en wanneer de warmte van getijdenbewegingen in poreuze ruimtes wordt overgedragen aan de ondergrondse oceaan. De warmteverdeling in de kern is niet uniform, maar gebeurt in het proces van verbonden nauwe oplopen, voornamelijk op de Zuidpool. En omdat de warmtebronnen (die 85 graden Celsius bereiken) zo geconcentreerd zijn, moet er een verhoogde hydrothermische activiteit in de buurt zijn, wat de waterstof in de uitbarstingen verklaart.
Ten slotte is de opvallende waarneming die kan worden gemaakt bij het analyseren van dit model, dat de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd door het interne getij voldoende is om de ondergrondse oceaan van Enceladus miljarden jaren in stand te houden. Een andere vraag rijst: wat betekent dit alles voor het leven op Enceladus? De warme wereldoceaan, die al miljarden jaren bestaat, zou een prachtige bakermat voor leven zijn - op aarde duurde het slechts 640 miljoen jaar voordat ze overging van de vorm van microben naar zoogdieren. Helaas kan Enceladus zelf vrij jong zijn - het kan zich pas 100 miljoen jaar geleden hebben gevormd. Is dit genoeg tijd om te leven?
Kan zijn. Hoogstwaarschijnlijk is het leven op aarde gedurende enkele honderden miljoenen jaren gevormd onder veel zwaardere omstandigheden van zware bombardementen. Maar daarna duurde het nog eens 3500 miljoen jaar om zijn invloedssfeer uit te breiden. Misschien wordt dit de toekomst van Enceladus. Misschien wordt deze satelliet niet de planeet van de apen, maar de planeet van de zeemeerminnen?
Ilya Khel
