Czy nagromadzenie radioaktywnych substancji mogło być przyczyną obecnego wewnętrznego gorąca Enceladusa? Takie wyjaśnienie nadspodziewanej aktywności księżyca Saturna, zmierzonej przez sondę Cassini w zeszłych latach, proponują naukowcy z NASA. Ich model przewiduje również, że pod powierzchnią Enceladusa istnieją warunki sprzyjające do powstania życia.

Odkąd sonda NASA Voyager po raz pierwszy przesłała zdjęcia białej powierzchni księżyca, naukowcy podejrzewali, że pod skorupą Enceladusa dzieje się coś niespotykanego. Mimo to, zdjęcia, przesłane przez sondę Cassini w 2005 roku, wywołały w środowisku naukowym wielkie poruszenie (wybrane artykuły w AstroNecie: Lodowe gejzery Enceladusa“>Lodowe gejzery Enceladusa, Gejzery większe niż księżyc Saturna“>Gejzery większe niż księżyc Saturna). Ukazują one wielkie pióropusze pary wodnej, tryskające z powierzchni księżyca w okolicy jego południowego bieguna.

Podkolorowane i poddane komputerowej obróbce zdjęcie Enceladusa podświetlonego z tyłu przez odległe o 1,429 miliarda km Słońce.

Wyjaśnienie ich obecności było praktycznie niemożliwe w zakresie dotychczasowej wiedzy o procesach, jakie zachodziły wewnątrz księżyca od momentu jego powstania. Niezwykle trudne było wytłumaczenie, w jaki sposób taki mały lodowy księżyc może wyprodukować ilość ciepła potrzebną do zasilenia erupcji. Kolejną niewiadomą było to, w jaki sposób Enceladus, który powstał jako jednorodna mieszanina skały i lodu, uzyskał płynne jądro.

Dotychczas badacze sugerowali, że odpowiedzialna za to jest kombinacja dwóch procesów: rozpadu radioaktywnych izotopów wewnątrz skalnego jądra księżyca oraz tarcia, będącego wynikiem deformacji księżyca przez siły pływowe związane z grawitacyjnym oddziaływaniem Enceladusa i Saturna.

Nowy model, oprócz tych dwóch mechanizmów, zakłada istnienie tzw. gorącego początku – krótkiego okresu intensywnego rozpadu radioaktywnych izotopów w początkowej fazie tworzenia się księżyca.

Według tego modelu, Enceladus w pierwszym okresie istnienia przyciągnął mnóstwo małych, kilkucentymetrowych ciał, które zawierały szybko rozpadające się radioizotopy glinu 26 i żelaza 60. Ślady takich ciał, nazywanych CAI (calcium aluminium-rich inclusions), są odnajdywane w niektórych meteorytach. Ciepło wytworzone podczas rozpadu tych izotopów stopiło lód wewnątrz Enceladusa i spowodowało przemieszczenie materiału skalnego do centrum księżyca. Tam skała uległa stopieniu i utworzyła płynne jądro, otoczone lodową skorupą. Natomiast proces ogrzewania wnętrza księżyca był podtrzymywany przez miliardy lat przez tarcie związane z działaniem sił pływowych oraz rozpad izotopów o dłuższych czasach połowicznego rozpadu.

Zdjęcie po lewej przedstawia Enceladusa w świetle zielonym. Na zdjęciu po prawej zastosowano skalę kolorów, która pozwala uwidocznić pióropusz lodu wodnego widoczny u dołu księżyca. Aby potwierdzić, że zaobserwowano rzeczywiste zjawisko, a nie efekt aparaturowy, w ciągu dziesięciu miesięcy od wykonania zdjęcia (16 stycznia 2005 roku) wykonano zdjęcia Tetys i Mimasa przy identycznych parametrach instrumentu. Zdjęcie wykonano z odległości 209 tysięcy kilometrów od księżyca.

W pióropuszach Enceladusa odkryto też obecność innych substancji niż woda: spektrometr sondy Cassini wykrył pomniejsze ilości gazowego azotu, metanu, dwutlenku węgla, propanu i acetylenu. Naukowcy byli zaskoczeni zwłaszcza obecnością azotu, ponieważ w świetle dotychczasowych teorii raczej nie mógł być on częścią pierwotnego składu Enceladusa. Jeśli nowy model byłby słuszny, to azot stanowiłby produkt rozkładu amoniaku głęboko we wnętrzu księżyca, na granicy ciepłego jądra i otaczającej go ciekłej wody.

Warunki ekstremalnego gorąca sprzyjają również tworzeniu prostych łańcuchów węglowodorowych, podstawowych cegiełek życia, których małe ilości odkrył w pióropuszach Enceladusa spektrometr sondy Cassini. Stąd model gorącego początku prowadzi do wniosku, że głęboko pod powierzchnią Enceladusa mogą istnieć warunki kluczowe dla powstania życia: obecność związków organicznych, stałe źródło ciepła i ciekła woda. Oczywiście, żaden z naukowców nie zarzeka się, że z n a l e z i o n o życie, ale prawdopodobnie udało się otrzymać dowód na istnienie miejsca, w którym panują sprzyjające jego powstaniu warunki.

Mozaika zdjęć Enceladusa wykonanych 17 lutego 2005 z sondy Cassini podczas zbliżenia do księżyca. Na powierzchni Enceladusa widzimy wielką różnorodność rozmaitych struktur, co wśród satelitów Saturna czyni go ciałem wyjątkowym.

Zdania w środowisku naukowym są jednak podzielone. Główne wątpliwości co do poprawności modelu gorącego początku są związane z potencjalnie błędnym określeniem czasu aktywności i rozpadu radioizotopów. Nie można też z całą pewnością zakładać, że glin 26 był aktywny w czasie tworzenia się Enceladusa. Inni naukowcy nie odrzucają też możliwości, że substancje takie jak cząsteczkowy azot, które miałyby być produktem wysokotemperaturowych reakcji, były po prostu częścią pierwotnego materiału, z którego uformował się księżyc.

Aby zebrać więcej danych o procesach chemicznych wewnątrz Encesladusa, NASA planuje wykonanie bezpośrednich pomiarów wydobywającego się z pióropusza gazu podczas przelotu sondy koło księżyca w marcu 2008 roku.

Autor

Teresa Kubacka