Potwierdzono istnienie wszechoceanu na Enceladusie - księżycu Saturna

Precyzyjne wizualne obserwacje pozycji 5800 szczegółów na powierzchni Enceladusa, księżycu Saturna, w trakcie jego ruchu po orbicie, pozwoliły naukowcom potwierdzić istnienie wszechoceanu pod lodową skorupą. To przełomowe odkrycie z perspektywy astrobiologii, gdyż taki ocean może być miejscem gdzie znajdziemy nie tylko bardzo prymitywne formy życia.

Dlaczego chcę was zainteresować tym wydarzeniem. Bo to tryumf technik analizy danych i myślenia interdyscyplinarnego. Przykład osiągnięcia, które nie byłoby możliwe dzięki rozwojowi technologii, któremu przecież tak bardzo kibicujemy.

Kilkadziesiąt lat temu koncepcja poszukiwania życia (nie należy mylić tego z próbami nawiązania kontaktu) w sąsiedztwie Układu Słonecznego, a co dopiero w jego wnętrzu, nie zaprzątała zbytnio naszych umysłów. Oczywiście podejrzewano, że na Marsie mogły przetrwać prymitywne formy życia, lecz raczej nie spodziewano się na żadnej z planet i ich księżyców w Układzie Słonecznym, poza Ziemią, istnienia obecnie warunków sprzyjających rozwojowi życia.

Kiedyś lodowy księżyc był jedynie... masą lodu wokół skalnego jądra

W latach 90. XX w. odkrycie pozasłonecznych planet skłoniło nas do przemyślenia ponownie kwestii życia pozaziemskiego. Minęło jednak ponad 20 lat od odkrycia pierwszych planet pozasłonecznych, a my nadal szukamy idealnej kuzynki Ziemi. Są już kandydatki, nawet bardzo dobre, czy jednak kiedykolwiek będziemy mogli zobaczyć je z bliska?

Lodowe księżyce - tu warto szukać

Okazuje się jednak, że poszukiwania możemy rozpocząć znacznie bliżej. Pomijamy kwestię istnienia niezbadanych form życia z ziemskich głębinach, czy jeziorach znajdujących się pod lodem Antarktydy, bo w istnienie choćby kilku nieznanych nam jeszcze organizmów nikt chyba nie wątpi. Nie będziemy zajmowali się również potencjalnymi złożami lodu na Księżycu, Marsie i jak wskazują najnowsze obserwacje na kometach czy planetoidach.

Maleńki Enceladus (lewy dolny narożnik) na tle ogromnej tarczy Saturna.

Sięgniemy pod lodowe powłoki księżyców, które obiegają gazowe giganty. O tym, że pod warstwą lodu, która stanowi ich skorupa, znajdują się skupiska ciekłej wody mówi się już od wielu lat. W ostatnich latach powstały modele, które proponują istnienie wszechoceanów otaczających całkowicie księżycowe jądra. Najwięcej nadziei wiąże się z Europą, księżycem Jowisza, oraz Enceladusem, księżycem Saturna.

Mimo zewnętrznych podobieństw są to kompletnie różnych rozmiarów obiekty. Europa ma ponad 3100 km średnicy, czyli jest większa niż Pluton, a Enceladus jedynie około 500 km. Misja, która dokładniej zajmie się badaniem Jowisza i Europy jest właśnie realizowana - sonda Juno powinna dotrzeć do Jowisza w połowie przyszłego roku.

Tymczasem Enceladus jest już dość gruntownie przebadany przez sondę Cassini. Ta od 2004 roku bada system Saturna i jego księżyców. Powoli zbliża się koniec tej bardzo owocnej misji, a więc i czas na podsumowanie obserwacji. W przypadku Enceladusa jawi się obraz, który daje naukowcom praktycznie 100% pewność, że pod wierzchnią warstwą lodu faktycznie znajdziemy wszechocean.

Model budowy wewnętrznej Enceladusa - na szaro skalne jądro, na zewnątrz lodowa skorupa, a pomiędzy nimi woda. Na dole wizualizacja strumieni materii, które zaobserwowano w okolicach południowego bieguna.

Obejmuje on całkowicie skalne jądro księżyca. Jedna z teorii, choć nie jedyna, zakłada, że powstał on w wyniku oddziaływań pływowych ze strony Saturna. Siły wywierane na skaliste jądro powodują jego rozgrzanie i lokalne roztopienie otaczającej je warstwy lodu. Wielu naukowców zgadza się od dawna z tą teorią. W 2006 roku zaobserwowano gejzery w okolicach południowego bieguna Enceladusa, co pozwoliło snuć przypuszczenia, że pod lodem istnieją przynajmniej niewielkie skupiska ciekłej wody w postaci mórz.

A wszechocean? Dotychczas była to jedynie teoria. Jej potwierdzenie wymagało wieloletnich bardzo precyzyjnych wizualnych obserwacji Enceladusa. Tylko Cassini mógł dostarczyć danych, które potwierdziłyby tę teorię, co ostatecznie miało miejsce.

Skąd wiadomo, że mamy wszechocean - dla dociekliwych

Kluczem do sukcesu są libracje Enceladusa, czyli dostrzeżone przez kamerę sondy Cassini drobne kołysanie się (oscylacje) bryły księżyca, w trakcie jego ruchu po orbicie wokół Saturna.

Jest to zjawisko podobne do tego co obserwujemy w przypadku naszego naturalnego satelity. Libracje sprawiają, że choć okres orbitalny Księżyca (obiegu wokół Ziemi) jest zsynchronizowany z okresem obiegu wokół własnej osi, to tylko w przybliżeniu widzimy stale tę samą część tarczy księżyca. W praktyce jesteśmy w stanie dostrzec z Ziemi prawie 60% powierzchni Księżyca.

W przypadku Enceladusa mamy do czynienia z ciałem, które podobnie jak Księżyc porusza się po eliptycznej orbicie, a także ma zsynchronizowany okres orbitalny z obrotowym.

Enceladus, powierzchnia

Również w tym przypadku libracje powinny być obserwowane. Rolę obserwatora przez lata pełniła sonda Cassini. Analizowała 5800 struktur na powierzchni i zmianę ich pozycji wiążącą się z libracjami.

Zaobserwowane libracje okazały się tak znaczne, że koncepcję stałej struktury, a nawet pomysł lokalnych mórz pod lodem należało odrzucić. Wyjaśnieniem pomiarów może być jedynie wszechocean.

By lepiej sobie wyobrazić zachowanie się Enceladusa, zajrzyjmy do kuchni. Przypomnijmy sobie jak obraca się wokół osi surowe jajko, czyli zawierające „wszechocean” białka i twardą skorupkę, a jak jajko ugotowane na twardo, które przypomina lodowo-skalisty księżyc. Te nierównomierności obrotu w przypadku surowego jajka są w przybliżeniu tym co ze zdjęć księżyca wywnioskowali naukowcy.

Natura strumienii materii (pary wodnej), które obserwowane są w pobliżu południowego bieguna nie jest do końca zrozumiana. Część z nich może być jedynie złudzeniem optycznym. Potwierdzają to symulacje numeryczne.

Za nieco ponad miesiąc, 28 października, Cassini raz jeszcze zbliży się do Enceladusa. To przedostatni przelot w okolicy tego księżyca, najlepsza jak dotąd okazja do zbadania strumieni wydobywającej się spod skorupy materii. Odległość od powierzchni wyniesie jedynie 49 kilometrów. Ach gdyby New Horizons mógł tak blisko minąć Plutona.

Źródło: NASA