Saturno keisčiausio palydovo paslaptys

Raukšlėtas kraštovaizdis ir trykštančios čiurkšlės liudija apie galimą vandens buvimą po žeme šeštame pagal dydį Encelado palydove.

1789 m. Saturno palydovą Enceladą atrado vokiečių kilmės britų astronomas V. Heršelis, o dar po 3 d. ir kitą – Mimą.
1980 m. „Voyager 2“ praskriejo vos per 90 tūkst. km nuo Encelado, nustatęs, kad jo skersmuo – 500 km.. Per kelias valandas jo kameros atsiuntė keliolika vaizdų, kurie kelia sumaištį mokslininkų protuose. Jis stipriai išsiskiria iš kitų Saturno palydovo. Jo ledinis paviršius yra baltas ir spindintis kaip neseniai iškritęs sniegas - ir jei kiti beoriai palydovai gausiai nusėti krateriais, tai Encelade plyti plačios lygios lygumos. Būdamas vos 500 km skersmens, jis atrodo esąs per mažas, kad iš savęs generuoto pakankamai šilumos. Tačiau kažkas nepaprasto vyko jame, kad krateriai jo veide išnyko visai be pėdsakų.

Gaila, kad „Voyager“ fotosesija nebuvo labai vykusi – turime kelias vidutinės skiriamosios gebos šiaurės pusrutulio nuotraukas ir kelias žemos skiriamosios gebos pietų pusrutulio nuotraukas (ir visai nesimato pietų ašigalio).

 Tad nenuostabu, kad „Cassini" misijoje didelė svarba skirta Enceladui. Saturną jis pasiekė 2004 m. vasarą. Gruodžio mėnesį išmetė zondą į didžiausio Saturno palydovo, Titano, atmosferą, ir tęsė Saturno palydovų tyrimus.

Ir tame, ką jis rado tektoniškai išvagotame kūne, gali būti planetų tyrinėtojo svajone. Enceladas ne tik turi pakankamai šilumos, kad palaikytų paviršių keičiančią geologinę veiklą, bet netgi suteikia galimybę būti organinėms medžiagoms ir gal net turi net požemines skysto vandens jūras. Kaip žinome, energija, organika ir skystas vanduo yra pagrindinės prielaidos gyvybei egzistuoti.

2005 m. sausio mėnesį „Cassini“ nufotografavo Enceladą palankiomis sąlygomis. Nuotraukose matosi tvyksnis, iškilęs virš palydovo pietų poliaus. Tai iškart priminė apie vulkaninę veiklą, nors buvo spėjančių, kad tai galėjo būti ir fotografavimo defektų, kurie dažni fotografuojant Saulės nušviestus objektus. Tačiau netrukus, vasarį ir kovą, praskridus arti Encelado pusiaujo paaiškėjo, kad plačios lygumos nėra tokios jau lygios. Jos išraižytos įvairiausių griovų, kai kurios kurių yra tiesios, o kitos lenktos. Kai kur yra plyšių, kurių gylis siekia pusę kilometro. Taigi, tie randai Encelado veide įrodo praeityje buvus aktyvią tektoninę veiklą.

Kartu vasario mėn. nuotraukoje matosi ir dar aiškesnis žybsnis. Be to, magnetometras užfiksavo, kad Saturno magnetinės linijos yra iškreipiamos praeinant pro Enceladą – taigi, tai požymis, kad jas paveikia sunkieji jonai. Atrodo, kad tų jonų šaltinis yra pietų ašigalyje.

2005 m. liepos mėn. nusileista iki 168 km aukščio ir liepos 14 d. atsiuntė ryškų pietų ašigalio vaizdą, kuriame matomas toks stulbinantis kraštovaizdis, kokio niekur kitur nebuvo matyta. Tai beveik apskrita sritis, visai be kraterių ir gausiai išraižyta gilių lygiagrečių plyšių, kuriuos pakrikštijo „tigro dryžiais“. Beveik vienodu atstumu jie tęsiasi beveik 130 km ir baigiasi į kabliuką panašiais užlinkimais. Tarp plyšių yra šviesesnės nei įprasta lygumos smarkiai išvagotos griovių. Ir visa sritį maždaug ties 55^o pietų platuma juosia koncentrinių kalnų ir slėnių žiedas. Riba vingiuoja aplink su maždaug kas ilgumos 45^o esančiais tarpais ir ilgais plyšiais, nusitęsiančiais link pusiaujo. Paul Helfenstein pasiūlė, kad srities ribos susidarė, kai paviršius buvo spaudžiamas pietų-šiaurės kryptimi (kaip kad Žemėje – Himalajai).

Tai vyko praeityje, tačiau ir dabarties vyksmas stebina ne mažiau. Praskriedamas virš pietų poliaus srities, „Cassini“ surinko kažkiek nuo „tigro dryžių“ pakilusių dulkių. Du prietaisai aptiko vandens garų, kurių vienas fiksavo anglies dioksido, azoto ir metano požymius. „Cassini“ pranėrė pro ploną debesį. Infraraudonųjų spindulių daviklis registravo apie 180^o K temperatūrą (taigi, 70^o K aukštesnę, nei tikėtasi).

Galiausiai lapkričio 27 d. gauti puikūs juodai-balti vaizdai, kuriuose matėsi bent tuzinas siaurų smulkių ledo dalelių fontanų, trykštančių aukštyn ir sudarančių milžinišką baltą plunksną, sklendžiančią virš pietų ašigalio. Tyrimai parodė, kad tos čiurkšlės susijusios su karščiausiomis „tigro dryžių“ vietomis. Didžioji dalelių dalis vėl nukrito ant paviršiaus, tačiau kažkiek įgavo pakankamą greitį, kad imtų suktis aplink Saturną ir sudarydamos tolimiausią, vadinamąjį E-žiedą.

Pirmi moksliniai straipsniai apie tai, kaip „Cassini“ tyrė Enceladą, buvo atspausdinti 2006 m. kovo pradžioje – ir prasidėjo sąmyšis. Visi apie tai kalbėjo. Tuo tarpu „Cassini“ toliau nardė palei Enceladą, nusileisdamas net iki 25 km aukščio. Vieno tokių pralėkimų metu kovo pabaigoje buvo patikslinti matavimai, nustatant vandens garų, azoto, anglies dioksido ir metano kiekius, o taip pat atrandant ir sudėtingesnių molekulių, tokių kaip acetileno ir cianido vandenilio, o taipogi etano, propano, benzeno, formaldehido ir kt. pėdsakų.

Kitą kartą neriant kameros buvo nutaikytos į čiurkšlių šaltinius – ir paaiškėjo, kad "tigro dryžiai" yra iki 300 m gylio, su V formos sienomis ir namo dydžio ledo gabalais šonuose. Sritys palei šonus atrodė glotnesnės nei vidutiniškai – matyt dėl neseniai iškritusio sniego.

Kas buvo nelaukta – tų darinių apylinkės nelabai skyrėsi nuo kitų vietų. Kartu buvo patikslintas Encelado dydis ir forma. Paaiškėjo, kad Enceladas yra uolingiausias iš Saturno pagrindinių palydovų – jo 1 cm³ vidutinis tankis yra 1,6 g; taigi uoliena sudaro 60% palydovo masės. Žemėje uolienose yra radioaktyvių elementų, kurie yra šilumos šaltinis. Tačiau net visos Encelado uolienos nepakanka, kad būtų generuojamas tas šilumos kiekis, kuris yra stebimas ten. Kitas galimas šilumos šaltinis yra potvynio bangos. Saturno trauka nežymiai deformuoja Enceladą, kurio orbita nėra koncentrinė. Kai jis atsiduria arčiau Saturno, jis deformuojamas labiau. Tas nuolatinis deformacijos lygio kitimas pakelio jo temperatūrą. Trauka taip pat yra atsakinga ir už paviršiaus darinių susidarymą. "Tigro dryžiai" yra nukreipti 45^o kampu į Saturną – tai gali būti nesunkiai paaiškinama potvynio bangų poveikiu.

Šilumos dydis priklauso ne tik nuo orbitos ekscentriškumo, bet ir palydovo vidinės sandaros. Labai kietas kūnas gali priešintis deformacijai. Visiškai elastingas kūnas gali deformuotis, tačiau neišskiria energijos šilumos pavidalu. Elastingas kūnas, susidedantis iš tąsių medžiagų, gali keistis ir išskirti šilumą, tačiau kietas kūnas gali trūkinėti ir sudaryti plyšius. Be to šilumos kiekis skirtingose vietose išsiskiria skirtingai.

Paprastai potvynio bangų šiluma linkusi mažėti. Palydovo uolienoms reikia laiko deformuotis, tad visada prisitaikoma prie tai sukėlusių jėgų. Pasėkoje keičiasi palydovo orbita, tapdama vis labiau koncentrine. Potvybio bangų stiprumas liaujasi kisti, palydovo forma nusistovi, šilumos išskyrimas sumažėja. Tačiau Encelado orbita išlikusi elipsinė dėl sąveikos su Dione palydovu. Kiekvienam Dione apsisukimui, Enceladas padaro tik vieną. Tai nuolat patempia Encelado orbitą.

Tačiau nepakanka net ir tų ypatingų sąlygų. J. Meyer'is ir J. Wisdom'as nustatė, kad Enceladui atiduodama energija viršija gautą iš potvynio bangų bent penkis kartus. Tačiau yra galimybė, kad Enceladas tebeskleidžia praeityje sukauptą energiją. Vieną galimą scenarijų 1986 m. pasiūlė G. Ojakangas ir D. Stevenson'as.

Pradžioje tarkim, kad šaltas ir kietas Enceladas sukasi beveik koncentrine orbita. Potvynio bangos generuoja nedaug šilumos. Dione poveikis daro Encelado orbitą ekscentriškesne ir didina šilimą. Tai vyksta tol, kol įilimo apimtis ima viršyti išspinduliuojamas šilumos kiekį. Vidinė temperatūra kyla ir vidinės uolienos tampa minkštesnės, o tai užtikrina dar didesnį kaitimą (kitame variante, palydovas tampa ne toks kietas dėl atsiradusių plyšių – potvynio bangų energija pasiskirsto palei plyšius, kur kaitimas yra didesnis.

Bet kuriuo atveju, papildomas potvynio energijos pasiskirstymas verčia palydovo orbitą tapti labiau koncentrine – ir procesas ima vystytis priešinga kryptimi. Palydovas ima vėsti, ledas darosi standesnis (arba, kitu atveju, plyšiai lyginasi). Milijonus metų trunkantis ciklas verčia kartotis tam procesui. Tik J. Meyer'is ir J. Wisdom'as padarė išvadą, kad Enceladas nėra pakankamai masyvus, kad toks ciklas vyktų.

G. Tobie pasiūlė kitą galimą sprendimą: silpnesnė zona pietų ašigalyje gali sukaupti potvynio energiją. Jie sumodeliavo situaciją, kad po pietų ašigaliu yra kietesnė sritis. Joje gali susidaryti daugiau šilumos, tačiau tik esant dviem sąlygoms. Pirma, ledas šioje zonoje turi būti šiltas, artimas tirpimo temperatūrai, o antra, tarp ledo ir uolienų turi būti skysto vandens sluoksnis (beveik visame pietų pusrutulyje). To nesant, didesnio kaitimo galima tikėtis ne ašigalyje, o ties pusiauju. Ta požeminė jūra gali netiesiogiai paaiškinti skirtingas Encelado geologines ypatybes. I. Matsuyama ir F. Nimmo parodė, kad Encelado pagrindinių geologinių ypatybių vieta ir orientacija (kaip pietų-šiaurės krypties besilaikantys plyšiai bei ašigalį supantys kalnai) yra požymis, kad palydovo ledo apvalkalas nežymiai pasislinko jo sukimosi ašies atžvilgiu. Enceladas yra tarsi giroskopas, kurio išorinis apvalkalas laisvai slankioja. Tai kartu paaiškintų, kodėl geologiškai aktyvus regionas yra būtent pietuose: šiltesnė sritis su mažesniu tankiu natūraliai turi dreifuoti prie sukimosi ašies. Be to, šiltesnė zona po pietų ašigaliu turėtų iškilti dėl požeminio judėjimo po trapiu ledo sluoksniu – taip paaiškinant į centrą nukreiptas pietinio regiono charakteristikas.

Encelado ypatybės gali būti visų šių aplinkybių derinys. Tačiau požeminio vandens buvimo galimybė iškart iškelia klausimą apie gyvybės galimybę. Žemėje artimiausios sąlygos būtų požeminis vulkaninis klodas, kur vanduo skalauja karštas uolienas, ir kur visai nėra Saulės šviesos. Čia rasti organizmai, vartojantys arba vandenilį su anglies oksidu, arba vandenilį su sulfatu.

Kadangi „Cassini“ netūpė ant Encelado, o ir artimiausioje ateityje to nenumatyta, apie planetos sandarą aiškintasi netiesiogiai, panaudojant Doplerio metodą (panašiai, kaip veikia policijos radarai) – aparatui praskrendai pro paviršių, jo greitis kinta priklausomai nuo gravitacinio poveikio, o greičio pokyčiai matuojami pagar Žemę pasiekiančių radijo bangų dažnių pokyčius.

Taip per tris suartėjimus per 2010 m, balandžio – 2012 m. gegužės laikotarpį nustatyta, kad po 30-40 km ledo sluoksniu yra apie 10 km storio skysto vandens telkinys. O garų išsiveržimuose rasta druskų ir organinių medžiagų, tad gyvybės buvimo tikimybė čia gali būti aukštesnė nei kituose Saulės sistemos kūnuose.

Net toks visapusiškas zondas kaip „Cassini" negali nustatyti, kas yra apačioje. Tam reiktų nuleisti specialų mėnuleigį. Tačiau daug mokslininkų labiau linkę tirti Jupiterio palydovą Europą, po kurio paviršiumi irgi tikimasi rasti požeminę skysto vandens jūrą. Tačiau ir Encelado tyrimas gali būti daug žadantis, nes Europoje nepastebėta jokių aktyvių išskyrų. Be to, kadangi Saturno magnetosfera yra gerokai silpnesnė lyginant su Jupiterio, tad erdvėlaivis prie Encelado nesusidurtų su tokiu atšiauriu, misiją ribojančiu radiacijos lauku. Be to, kartu su Encelado tyrimu būtų galima derinti ir kito potencialaus gyvybės nešėjo, Saturno palydovo Titano, tyrimus (daugiau apie tai žr.: S. K. Atreya. The Mystery of Methane on Mars and Titan// Sci.Am, May 2007).