В непрекращающемся стремлении раскрыть секреты Сатурна и его системы спутников были обнаружены некоторые поистине увлекательные и внушающие трепет вещи. В дополнение к таким вещам, как метановые озера и богатая пропаном атмосфера ( Титан ) к лунным, которые напоминают Звезду Смерти ( мимы ), также становится совершенно очевидно, что на планете за пределами Земли могут быть внутренние океаны и даже внеземные организмы.
Это особенно заметно на Энцеладе, шестом по величине спутнике Сатурна, который также обладает некоторыми из наиболее интересных характеристик во внешней Солнечной системе. К ним относятся длинные жилы голубого льда, напоминающие полосы, не говоря уже об удивительных шлейфах водяного льда, которые периодически наблюдались с южного полюса Луны. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность наличия жидкой воды под поверхностью и, возможно, даже жизни!
Открытие и наименование:
Обнаруженный в 1789 году Уильямом Гершелем, Энцелад назван в честь одного из гигантов в греческой мифологии. Фактически, все большие спутники Сатурна названы в честь Титанов, как предположил сын Уильяма Гершеля, Джон Гершель. Он выбрал эти имена, потому что Сатурн (известный в греческой мифологии как Кронос) был отцом Титанов.
Напротив, в соответствии с соглашениями IAU об именах для Энцелада, объекты названы в честь персонажей и мест из классической истории.Тысяча и одна ночь(ака.Арабские ночи).Кратеры от удара названы в честь персонажей, тогда как другие типы элементов, такие как ямки (длинные узкие впадины), дорса (гребни), планитии (равнины) и борозды (длинные параллельные бороздки), названы в честь мест.
Сравнение размеров кронианской луны Энцелада, Луны и Земли. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / Том Рединг.
Размер, масса и орбита:
Со средним радиусом 252 км Энцелад по размеру эквивалентен 0,0395 Земли (или 0,1451 Луны). Но при массе 1,08 × 10двадцатькг, это всего лишь 0,000018 массы. Планета имеет очень малый эксцентриситет (0,0047) и вращается вокруг Сатурна на среднем расстоянии (большая полуось) 237 948 км между орбитами Мимаса и Тетиса.
Энцеладу требуется 32,9 часа (1,37 дня), чтобы совершить один оборот вокруг Сатурна, и в настоящее время он находится в орбитальном резонансе среднего движения 2: 1 с Дионой; Это означает, что он совершает две орбиты Сатурна для каждой орбиты, совершенной Дионой. Этот вынужденный резонанс - это то, что поддерживает эксцентриситет орбиты Энцелада и приводит к приливной деформации, и возникающее в результате рассеивание тепла является основным источником тепла для геологической активности Энцелада.
Как и большинство крупных естественных спутников Сатурна, Энцелад вращается синхронно со своим орбитальным периодом, при этом одна грань направлена в сторону Сатурна. Планета также испытывает принудительную либрацию, когда кажется, что она колеблется относительно других спутников Сатурна, что также может обеспечивать Энцелад внутренним источником тепла.
Состав и особенности поверхности:
Плотность Энцелада составляет 1,61 г / см3, что выше, чем у других ледяных спутников Сатурна среднего размера, что предполагает состав, который включает в себя больший процент силикатов и железа. Также считается, что в значительной степени различают геологически активное ядро и ледяную мантию, а между ними расположен океан жидкой воды.
Измерения силы тяжести с помощью космического корабля НАСА Кассини и Deep Space Network предполагают, что спутник Сатурна Энцелад имеет большой внутренний океан под своим южным полюсом.Кредит:НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех
Существование этого жидкого водного океана было предметом научных дискуссий с 2005 года, когда ученые впервые заметили шлейфы, содержащие водяной пар извергается с южной полярной поверхности Энцелада. Эти самолеты способны выпускать 250 кг водяного пара каждую секунду на скорости до 2189 км / ч (1360 миль в час) и выходить в космос на 500 км.
В 2006 году было установлено, что перья Энцелада являются источником E Кольцо Сатурна и активно его пополняем . Согласно измерениям, проведенным Кассини-Гюйгенс По данным исследования, эти выбросы состоят в основном из водяного пара, а также из таких второстепенных компонентов, как молекулярный азот, метан и диоксид углерода. Дальнейшие наблюдения отметили присутствие простых углеводородов, таких как метан, пропан, ацетилен и формальдегид.
Комбинированный анализ изображений, масс-спектрометрии и данных магнитосферы предполагает, что наблюдаемый южный полярный шлейф исходит из подповерхностных камер под давлением. Интенсивность извержений значительно варьируется из-за изменений орбиты Энцелада. Фактически, шлейфы примерно в четыре раза ярче, когда Энцелад находится в апоапсисе (самом дальнем от Сатурна), что согласуется с геофизическими расчетами, предсказывающими, что южные полярные трещины будут испытывать меньшее сжатие, что приведет к их расширению.
Наличие подземных вод было подтверждено благодаря свидетельствам, предоставленнымКассинимиссия в 2014 году. Это включало гравитационные измерения, полученные во время облетов 2010-2012 годов, которые подтвердили существование южного полярного подземный океан жидкой воды в пределах Энцелада толщиной около 10 км.
Художник изображает возможную гидротермальную активность, которая может иметь место на морском дне Энцелада и под ним. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения.
Кроме того, во время 14 июля 2005 г. зонд «Кассини» также обнаружил ускользающее внутреннее тепло в южной полярной области. Эти температуры были слишком высокими, чтобы их можно было приписать солнечному нагреву, и в сочетании с активностью гейзеров, казалось, указывали на то, что внутренние части планеты все еще геологически активны.
Дальнейшие исследования по измерениям либрации Энцелада, когда он вращается вокруг Сатурна, убедительно показывают, что вся ледяная кора отделена от скалистого ядра, что означает, что океан под его поверхностью охватывает всю планету. Количество либрации означает, что глубина этого глобального океана составляет от 26 до 31 километра (по сравнению со средней глубиной океана на Земле 3,7 километра).
Наблюдения за поверхностью Энцелада позволили выявить пять типов местности: изрезанная кратерами местность, гладкая (молодая) местность, рельефная местность (часто граничащая с гладкими участками), линейные трещины, уступы, впадины и канавки. Исследования покрытой кратерами местности, гладких равнин и других особенностей указывают на уровень восстановления поверхности, который предполагает, что тектоника является важным фактором в геологической истории Энцелада.
Недавние наблюденияКассинипредоставили более подробный обзор распределения и размера кратеров. Эти объекты были названы МАС в честь персонажей и мест из перевода Бертона.Книга тысячи и одной ночи- то есть кратер Шахразад, равнины Дияра, впадина Анбар.
Впечатление художника от вида Сатурна с Энцелада с извергающимися гейзерами справа на переднем плане. Предоставлено: Майкл Кэрролл.
На гладких равнинах преобладает свежий чистый лед, что дает Энцеладу, возможно, самую отражающую поверхность в Солнечной системе (с визуальным геометрическим альбедо 1,38). В этих областях есть несколько кратеров, что указывает на то, что они, вероятно, моложе нескольких сотен миллионов лет. Кроме того, относительная молодость этих регионов свидетельствует о том, что криовулканизм и другие процессы активно обновляют поверхность.
Более старая местность не только покрыта кратерами, но также наблюдаются многочисленные трещины, что позволяет предположить, что поверхность подверглась значительной деформации с момента образования кратеров. В некоторых областях есть области без кратеров, что указывает на крупные всплытия поверхности в недавнем геологическом прошлом. Трещины, равнины, волнистый рельеф и другие деформации земной коры также указывают на то, что Энцелад геологически активен.
Одним из наиболее драматических типов тектонических особенностей, обнаруженных на Энцеладе, являются его рифтовые каньоны. Эти каньоны могут достигать 200 км в длину, 5–10 км в ширину и 1 км в глубину. Такие объекты являются геологически молодыми, поскольку они пересекают другие тектонические объекты и имеют резкий топографический рельеф с заметными выходами на поверхность скал.
Доказательства тектоники на Энцеладе также получены из бороздчатой местности, состоящей из полос изогнутых образований и гребней, которые часто отделяют гладкие равнины от кратеров. Еще одна проблема - глубокие трещины, которые часто встречаются в полосах, пересекающих изрезанную кратерами местность, и на которые, вероятно, повлияло образование ослабленного реголита, образованного ударными кратерами.
Энцелад, демонстрирующий знаменитую особенность «полос тигра» - серию трещин, скрепленных с обеих сторон разноцветным льдом. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Институт космических наук.
Линейные канавки также можно увидеть на других типах местности, таких как канавки и гребневые ремни. Как и глубокие трещины, они являются одними из самых молодых элементов Энцелада. Однако некоторые линейные бороздки были смягчены, как и кратеры поблизости, что позволяет предположить, что они старше. На Энцеладе также наблюдались хребты, хотя они относительно ограничены по протяженности и достигают одного километра в высоту.
Другие интересные особенности включают в себя « Полосы тигра «: Серия трещин, ограниченных с обеих сторон хребтами в южном полярном регионе, которые окружены крупнозернистым водяным льдом мятно-зеленого цвета. Эти трещины, по-видимому, являются самыми молодыми в этом регионе и в сочетании с отсутствием ударных кратеров в этом районе являются еще одним свидетельством геологической активности.
Атмосфера:
У спутника Сатурна Энцелада атмосфера больше, чем у всех других в Солнечной системе, за исключением Титан . Источник атмосферы объясняется периодическим криовулканизмом, который приводит к выходу газов и паров с поверхности или внутрь. Свидетельством разреженной атмосферы стали показания магнитометра, предоставленныеКассиниРасследование в 2005 году.
Это заключалось в увеличенном обнаружении мощности ионных циклотронных волн, которые создаются взаимодействием ионизированных частиц и магнитных полей. Во время следующих двух встреч команда магнитометров определила, что газы в атмосфере Энцелада сконцентрированы над южным полярным регионом, при этом плотность атмосферы вдали от полюса намного ниже.
Гейзеры водяного пара, извергающиеся с южного полюса Энцелада. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения.
Как и в струйных шлейфах, эта атмосфера состоит в основном из водяного пара (91%), но также имеет признаки второстепенных компонентов, таких как молекулярный азот (4%) и углекислый газ (3,2%). Также были свидетельства наличия простых углеводородов, которые принимают форму метана (1,7%), а также следовых количеств пропана, ацетилена и формальдегида.
Обитаемость:
С момента открытия гейзеров Энцелада и свидетельств, свидетельствующих о существовании внутреннего океана, ученые размышляли о возможности существования жизни на Энцеладе. Поскольку он отражает так много солнечного света, средняя температура поверхности в полдень достигает всего -198 ° C, что делает его несколько холоднее, чем на других спутниках Крониана. Однако внутри ядра существует множество признаков жизни.
Резонанс с Дионой возбуждает эксцентриситет ее орбиты, который демпфирует приливные силы, что приводит к приливному нагреву его внутренней части. Это предлагает возможное объяснение его геологической активности, а также предполагает, что его внутренние океаны теплее ближе к ядру. Кроме того, геологические модели показали, что большое каменное ядро пористо, что позволяет воде течь через него, собирая тепло.
К модель океана Энцелада созданный Christopher R. Glein et al. (2015) предполагает, что он имеет щелочной pH от 11 до 12. Этот высокий pH (щелочной) интерпретируется как следствие серпентинизации хондритовой породы, которая приводит к образованию молекулярного водорода (H²). Этот геохимический источник энергии может метаболизироваться микробами-метаногенами для обеспечения жизнедеятельности.
Наличие внутреннего соленого океана с источником энергии и простых органических соединений - все это убедительные признаки того, что микробы могут существовать ближе к ядру, где вода теплая и существуют основные строительные блоки жизни.
Исследование:
Хотя он был впервые обнаружен в конце 18 века, астрономы мало что знали об этой луне на протяжении многих веков. Так продолжалось до тех пор, пока его впервые не посетили в серии облетов двух сотрудников НАСА. Путешествовать космического корабля в 1980-х годах, некоторые вещи начали становиться очевидными об Энцеладе.
Впечатление художника от 'Вояджера-1', достигающего Сатурна и его системы спутников. Кредит изображения: НАСА / Лаборатория реактивного движения - Калтех
Для началаПутешествоватьМиссии показали, что диаметр планеты составляет всего 500 км (310 миль), что составляет менее одной десятой диаметра самого большого спутника Сатурна Титана. Они также отметили, что большая часть поверхности покрыта свежим чистым льдом; придавая ему чистый, белоснежный вид, который также привлекает почти 100% солнечного света, падающего на его поверхность.
ВПутешествовать1миссия также подтвердила, что Энцелад был встроен в самую плотную часть диффузного электронного кольца Сатурна. В сочетании с очевидным молодым видом поверхности,ПутешествоватьУченые предположили, что E-кольцо состояло из частиц, выброшенных с поверхности Энцелада. ВПутешествие 2Миссия предоставила более качественные фотографии, чем ее предшественник, подтвердив наличие молодой поверхности, а также другие особенности.
К 2005 г.Кассиникосмический корабль начал совершать несколько облетов Энцелада с близкого расстояния, более подробно раскрывая его поверхность и окружающую среду. Особенно,Кассиниобнаружил богатые водой шлейфы, исходящие из южной полярной области Энцелада, которые стали предметом многих исследований и спекуляций.
Кассинипредоставил убедительные доказательства того, что на Энцеладе есть океан с источником энергии, питательными веществами и органическими молекулами, что делает Энцелад одним из лучших мест для изучения потенциально обитаемой среды для внеземной жизни.Напротив, вода считалась на луне Юпитера. Европа находится под гораздо более толстым слоем льда.
Художественная иллюстрация космического корабля 'Кассини'. Кредит изображения: НАСА / Лаборатория реактивного движения
Кассини 'Последний облет Луны прошел 14 октября 2015 года на высоте 1839 километров (1142 миль) над северным полярным регионом. Это был первый раз, когдаКассиниимел возможность наблюдать за северным полярным регионом, потому что во всех предыдущих случаях северный регион переживал свой зимний цикл и был скрыт темнотой.
Инструменты Кассини сделали снимки множества поверхностных элементов, включая кратеры (многие из которых выглядят так, как будто они тают), трещины и морщины. Считается, что последние особенности указывают на то, что скорость вращения Луны изменилась, что может быть еще одним признаком того, что на протяжении большей части своей жизни поверхность претерпевала несколько эпизодов геологической активности.
ОткрытияКассинисделанные на Энцеладе, побудили исследовать концепции последующих миссий. В 2013 году НАСА предложило возможное миссия по возврату образца на Энцелад, что потребует использования недорогого орбитального аппарата. Эта миссия будет запущена в 2020-х годах и продлится 15 лет.
Еще одно предложение по пролету зонда, известное как Путешествие на Энцелад и Титан (JET) проанализирует содержание шлейфана месте.Предложенная в ответ на Объявление о возможностях открытия НАСА в 2010 году, эта миссия будет включать в себя орбитальный аппарат, проводящий масс-спектроскопические исследования Энцелада и Титана с высоким разрешением, оценивая их биологический потенциал.
В Немецкий аэрокосмический центр также предложил изучить обитаемость подземного океана Энцелада с помощью Исследователь Энцелада , и две концепции миссии, ориентированные на астробиологию ( Энцелад Искатель Жизни а также Исследование жизни Энцелада ). В 2007 году Европейское космическое агентство (ESA) предложило отправить зонд на Энцелад в рамках миссии, которая будет совмещена с исследованиями Титана, известными как TandEM (Миссия Титана и Энцелада).
Кроме того, есть Миссия системы Титан Сатурн (ЦСМ), совместное предложение НАСА / ЕКА флагманского класса для изучения Спутники Сатурна (с упором на Энцелад).ЦСМконкурировал с Миссия системы Юпитер Европа (EJSM) предложение о финансировании. В феврале 2009 года было объявлено, что НАСА / ЕКА предоставилоEJSMприоритет миссии впередиЦСМ, несмотря на то чтоЦСМбудут продолжать изучаться и оцениваться.
Энцелад является заманчивой целью для будущих исследований и исследований, и не зря. Во-первых, это одно из немногих тел Солнечной системы (наряду с Землей, Ио и Тритон ), чтобы подтвердить современную вулканическую активность. Во-вторых, существует явная возможность того, что под его ледяной поверхностью существует жизнь, как в Европе. Но с Энцеладом добраться до места, где мы могли бы изучать эту жизнь, было бы намного проще.
Таким образом, почти наверняка любые миссии к Сатурну и / или внешней Солнечной системе в ближайшие годы, вероятно, будут включать близкий пролет над Энцеладом. Может быть, мы даже посадим спускаемый аппарат и водного исследователя, чтобы исследовать поверхность и пик под ней!
Мы написали много статей об Энцеладе для «Вселенной сегодня». Вот статья о соль, найденная в шлейфах с Энцелада , а возможность жидкого океана на Энцеладе .
А вот краткое изложение Самые интересные открытия Кассини .
Если вам нужна дополнительная информация об Энцеладе, загляните в Руководство НАСА по исследованию Солнечной системы , а вот ссылка на крутое мозаичное изображение Энцелада .
Мы записали серию Astronomy Cast, посвященную спутникам Сатурна. Послушай, Эпизод 61: Спутники Сатурна .
Источники: