Недавнее исследование пролило свет на одну из крупнейших загадок Солнечной системы — необычные «тигровые полосы» на южном полюсе Энцелада, спутника Сатурна. Учёные обнаружили, что скольжение вдоль этих характерных линий разломов связано с мощными струями кристаллов льда, вырывающимися из ледяной оболочки луны. Эти результаты могут помочь определить, благоприятен ли подповерхностный океан Энцелада для зарождения жизни.

«Тигровые полосы», состоящие из четырёх параллельных трещин, были впервые замечены космическим аппаратом NASA «Кассини» в 2005 году. Из этих разломов вырываются мощные струи льда, свидетельствующие о так называемом «криовулканизме» — аналоге вулканической активности, но с участием воды и льда вместо расплавленной лавы. Учёные предполагают, что эти струи берут начало из подледного океана Энцелада.

Иллюстрация строения Энцелада. Источник: James Tuttle Keane

Яркость шлейфа из кристаллов льда и интенсивность самих струй меняются циклически в соответствии с почти 33-часовой орбитой Энцелада вокруг Сатурна. Это заставило исследователей предположить, что активность струй усиливается под действием приливных сил, вызванных гравитационным воздействием планеты.

Однако эта теория не могла объяснить некоторые наблюдаемые особенности, такие как пик яркости струй, наступающий через несколько часов после максимальной приливной нагрузки, или наличие второго, меньшего пика, появляющегося вскоре после максимального сближения Энцелада с Сатурном.

Чтобы разрешить это противоречие, группа учёных под руководством Александра Берна из Калифорнийского технологического института разработала сложную модель, учитывающую взаимодействие приливных сил и движения вдоль «тигровых трещин». «Эти модели учитывают роль трения, из-за которого величина смещения по разломам становится чувствительной как к сжимающим, так и к сдвиговым напряжениям», — пояснил Берн.

Результаты моделирования показали, что трение контролирует движение вдоль границ тигровых разломов, где встречаются их противоположные стороны. В ходе орбитального цикла Энцелада эти полосы периодически «скользят» и цепляются друг за друга. Именно это боковое смещение совпадает с активностью криовулканических струй.

Разломы на Энцеладе, которые позволяют воде подниматься и питать криовулканические струи. Источник:  James Tuttle Keane

Далее команда выдвинула гипотезу, что изменения в активности струй контролируются наличием так называемых «разрывов» вдоль разломов — изогнутых участков, которые открываются под действием широких сдвигов. Это позволяет воде из подлёдного океана просачиваться через ледяную кору и питать мощные криовулканические излияния.

Открытие команды показывает, что «тигровые полосы» Энцелада открываются иначе, чем предполагалось ранее. «Это было неожиданностью, поскольку большинство прежних исследований рассматривали широкое раскрытие этих трещин как главный механизм, регулирующий изменения яркости шлейфа из кристаллов льда, наподобие открывания и закрывания дверей лифта», — пояснил Александр Берн.

По словам исследователя из Колтеха, их модели предполагают, что приливные силы играют фундаментальную роль в эволюции Энцелада и его подповерхностного океана на разных временных масштабах. «В масштабе одного орбитального периода приливы, похоже, регулируют количество материала, вытекающего из подлёдного океана через разломы. А на более длительных временных промежутках они могут привести к разрушению самих этих полос трения», — отметил ученый.

Берн предположил, что долгосрочное боковое смещение трещин может способствовать формированию необычных геологических образований, наблюдаемых вокруг южного полюса Энцелада, включая большой разлом, расходящийся от этого региона в противоположном полушарии спутника.

«Тигровые полосы» Энцелада. Снимок космического зонда «Кассини» в 2007 году. Источник: Cassini imaging team / NASA

Учёные считают, что Энцелад с его подлёдным океаном может стать одной из главных целей для поиска внеземной жизни в Солнечной системе. Новое исследование и модель команды Берна укрепляют эту гипотезу. «Понимание путей транспортировки материалов через зоны разломов или широкие трещины имеет решающее значение для определения того, являются ли кристаллы льда в струях Энцелада репрезентативными для потенциально обитаемого глобального океана этой луны», — пояснил ученый.

Он добавил, что свидетельства долговременного влияния приливов на эволюцию Энцелада, которые также нагревают его недра, подразумевают, что подлёдный океан этого спутника долгоживущий, что имеет важные последствия для возможной эволюции жизни в нем.

В настоящее время вывод команды основан на компьютерном моделировании и должен быть подтвержден фактическими наблюдениями. », —Геофизические измерения на Энцеладе с помощью радара позволили бы нам подтвердить или опровергнуть гипотезы, изложенные в нашей статье. В более широком смысле такие наблюдения за движением поверхности Энцелада во времени могут обеспечить ключевые ограничения на динамику его ядра и коры, а также насколько эти процессы были активны на протяжении длительного времени. «Мы стремимся продолжать исследовать способы геофизических измерений, чтобы лучше понять условия, которые могут позволить жизни зародиться и развиваться на Энцеладе», — заключил Берн. 

Подробнее на iXBT