Ледяной спутник Сатурна может иметь стабильный океан, пригодный для жизни

Новое исследование, проведенное учеными из Оксфордского университета, Юго-Западного исследовательского института и Института планетологии в Тусоне (штат Аризона), предоставило первые доказательства значительного потока тепла на северном полюсе Энцелада, опровергнув прежние предположения о том, что потеря тепла ограничивалась его активным южным полюсом. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Это открытие подтверждает, что ледяная луна излучает гораздо больше тепла, чем можно было бы ожидать, если бы она была просто пассивным телом, что подтверждает предположение о том, что на ней может существовать жизнь.

Энцелад — высокоактивная планета с глобальным солёным подземным океаном, который, как полагают, является источником тепла. Наличие жидкой воды, тепла и необходимых химических веществ (таких как фосфор и сложные углеводороды) означает, что его подземный океан считается одним из лучших мест в нашей Солнечной системе для развития жизни за пределами Земли.

Но этот подземный океан может поддерживать жизнь только в стабильной среде, где потери и прирост энергии находятся в равновесии. Этот баланс поддерживается приливным нагревом: гравитация Сатурна растягивает и сжимает спутник, вращаясь по орбите, генерируя тепло внутри. Если Энцелад не получит достаточно энергии, активность на его поверхности замедлится или прекратится, и океан в конечном итоге может замерзнуть. С другой стороны, избыток энергии может привести к усилению активности океана, изменив его среду.

«Энцелад — ключевая цель в поисках жизни за пределами Земли, и понимание долгосрочной доступности его энергии имеет ключевое значение для определения того, может ли он поддерживать жизнь», — сказала ведущий автор исследования Джорджина Майлз (Юго-западный исследовательский институт и приглашенный научный сотрудник физического факультета Оксфордского университета).

До сих пор прямые измерения теплопотерь Энцелада проводились только на южном полюсе, где из глубоких трещин на поверхности вырываются мощные струи водяного льда и пара. Северный полюс, напротив, считался геологически неактивным.

Используя данные космического аппарата НАСА «Кассини», исследователи сравнили наблюдения за северным полярным регионом глубокой зимой (2005) и летом (2015). Эти данные были использованы для измерения того, сколько энергии Энцелад теряет из своего «тёплого» (0°C) подземного океана, когда тепло проходит через его ледяную оболочку к холодной поверхности спутника (–223°C) и затем излучается в космос.

Смоделировав ожидаемые температуры поверхности во время полярной ночи и сравнив их с инфракрасными наблюдениями, полученными с помощью композитного инфракрасного спектрометра «Кассини» (CIRS), группа обнаружила, что поверхность на Северном полюсе была примерно на 7 К теплее прогнозируемого значения. Это расхождение можно объяснить только утечкой тепла из океана.

Измеренный тепловой поток (46 ± 4 милливатт на квадратный метр) может показаться небольшим, но это составляет около двух третей теплопотерь (на единицу площади) через континентальную кору Земли. По всей поверхности Энцелада эти теплопотери за счёт кондуктивного теплообмена составляют около 35 гигаватт, что примерно эквивалентно мощности более 66 миллионов солнечных панелей (мощностью 530 Вт) или 10 500 ветряных турбин (мощностью 3,4 МВт).

В сочетании с ранее оцененным теплом, выходящим из активного южного полюса Энцелада, общие теплопотери спутника достигают 54 гигаватт, что близко к прогнозируемому поступлению тепла от приливных сил. Этот баланс между тепловыделением и теплопотерями убедительно свидетельствует о том, что океан Энцелада может оставаться жидким в течение геологических временных масштабов, обеспечивая стабильную среду, в которой потенциально может зародиться жизнь.

«Понимание того, сколько тепла теряет Энцелад в глобальном масштабе, критически важно для определения возможности существования на нём жизни», — заявила соавтор исследования Карли Хоуэтт (Оксфордский университет и Институт планетологии в Тусоне, штат Аризона). «Поистине захватывающе, что этот новый результат подтверждает долгосрочную устойчивость Энцелада, важнейшую составляющую развития жизни».

По словам исследователей, следующим ключевым шагом станет определение того, существовал ли океан Энцелада достаточно долго для развития жизни. На данный момент его возраст всё ещё не определён.

Исследование также показало, что тепловые данные могут быть использованы для независимой оценки толщины ледяного покрова – важного показателя для будущих миссий по исследованию океана Энцелада, например, с использованием роботизированных посадочных модулей или подводных аппаратов. Результаты показывают, что толщина льда на северном полюсе составляет 20–23 км, а в среднем по всему миру – 25–28 км, что несколько больше предыдущих оценок, полученных с помощью других методов дистанционного зондирования и моделирования.

«Выделение едва заметных колебаний температуры поверхности, вызванных кондуктивным тепловым потоком Энцелада, из его суточных и сезонных изменений температуры было непростой задачей, и это стало возможным только благодаря расширенным миссиям «Кассини», — добавляет Майлз. — Наше исследование подчёркивает необходимость долгосрочных миссий к океанам, где может существовать жизнь, и тот факт, что данные могут раскрыть все свои секреты лишь спустя десятилетия после их получения».