На ледяном спутнике Сатурна Энцеладе может быть стабильный океан, пригодный для жизни

Новое исследование, проведённое учёными из Оксфордского университета, Юго-Западного исследовательского института и Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, предоставило первые доказательства значительного теплового потока на северном полюсе Энцелада, опровергнув предыдущие предположения о том, что тепло теряется только на активном южном полюсе.

Это открытие подтверждает, что ледяной спутник излучает гораздо больше тепла, чем можно было бы ожидать, если бы он был просто пассивным телом, и усиливает вероятность того, что на нём может существовать жизнь.

Энцелад — очень активный мир с глобальным солёным подповерхностным океаном, который, как считается, является источником его тепла. Наличие жидкой воды, тепла и необходимых химических веществ (таких как фосфор и сложные углеводороды) означает, что его подповерхностный океан считается одним из лучших мест в нашей Солнечной системе для зарождения жизни вне Земли.

Но этот подземный океан может поддерживать жизнь только в том случае, если его окружающая среда стабильна, а потери энергии и её приток сбалансированы. Этот баланс поддерживается за счёт приливного нагрева: гравитация Сатурна растягивает и сжимает спутник во время его движения по орбите, генерируя тепло внутри. Если Энцелад не будет получать достаточно энергии, его активность на поверхности замедлится или прекратится, и океан в конечном счёте может замёрзнуть. С другой стороны, избыток энергии может привести к усилению активности океана и изменению его окружающей среды.

«Энцелад — ключевая цель в поисках жизни за пределами Земли, и понимание того, насколько долго он будет обеспечивать нас энергией, является ключевым фактором для определения того, может ли он поддерживать жизнь», — сказала доктор Джорджина Майлз (Юго-Западный исследовательский институт и приглашённый научный сотрудник факультета физики Оксфордского университета), ведущий автор статьи.

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 считался геологически неактивным.

Используя данные космического аппарата НАСА «Кассини», исследователи сравнили наблюдения за северной полярной областью в разгар зимы (2005 г.) и летом (2015 г.). Это позволило им измерить, сколько энергии Энцелад теряет из своего «тёплого» (0 °C, 32 °F) подповерхностного океана, когда тепло проходит через его ледяную оболочку к холодной поверхности спутника (–223 °C, –370 °F), а затем излучается в космос.

Смоделировав ожидаемую температуру поверхности во время полярной ночи и сравнив её с данными инфракрасных наблюдений, полученных с помощью составного инфракрасного спектрометра «Кассини» (Cassini Composite InfraRed Spectrometer, CIRS), команда обнаружила, что температура поверхности на северном полюсе была примерно на 7 К выше, чем предполагалось. Это несоответствие можно объяснить только тем, что тепло просачивалось из океана, расположенного под поверхностью.

Измеренный тепловой поток (46 ± 4 милливатта на квадратный метр) может показаться незначительным, но это примерно две трети теплопотерь (на единицу площади) через континентальную кору Земли. По всему Энцеладу эти кондуктивные теплопотери составляют около 35 гигаватт: примерно столько же вырабатывают более 66 миллионов солнечных панелей (мощностью 530 Вт) или 10 500 ветряных турбин (мощностью 3,4 МВт).

В сочетании с ранее оценёнными потерями тепла на активном южном полюсе Энцелада общие потери тепла на спутнике возрастают до 54 гигаватт, что почти соответствует прогнозируемому притоку тепла от приливных сил. Такой баланс между выработкой и потерей тепла убедительно свидетельствует о том, что океан Энцелада может оставаться жидким в течение геологических периодов времени, создавая стабильную среду, в которой потенциально может зародиться жизнь.

«Понимание того, сколько тепла теряет Энцелад в глобальном масштабе, крайне важно для того, чтобы знать, может ли он поддерживать жизнь, — говорит доктор Карли Хоуэтт (факультет физики Оксфордского университета и Институт планетологии в Тусоне, штат Аризона), автор статьи. — Очень интересно, что этот новый результат подтверждает долгосрочную устойчивость Энцелада, что является важнейшим условием для развития жизни».

По мнению исследователей, следующим ключевым шагом будет определение того, существует ли океан на Энцеладе достаточно долго, чтобы в нём могла зародиться жизнь. На данный момент его возраст неизвестен.

Исследование также показало, что тепловые данные можно использовать для независимой оценки толщины ледяной оболочки — важного показателя для будущих миссий, планирующих исследовать океан Энцелада, например с помощью роботизированных посадочных модулей или подводных аппаратов. Полученные данные свидетельствуют о том, что глубина льда на северном полюсе составляет 20–23 км, а в среднем по планете — от 25 до 28 км, что немного больше, чем предыдущие оценки, полученные с помощью других методов дистанционного зондирования и моделирования.

«Выявление незначительных колебаний температуры поверхности, вызванных кондуктивным тепловым потоком Энцелада, на фоне его суточных и сезонных температурных изменений было непростой задачей, и стало возможным только благодаря длительным миссиям „Кассини“», — добавил доктор Майлз. «Наше исследование подчёркивает необходимость долгосрочных миссий к океаническим мирам, в которых может существовать жизнь, а также тот факт, что данные могут раскрыть все свои секреты лишь спустя десятилетия после их получения».

На изображении:

Новое исследование позволило определить глобальный кондуктивный тепловой поток Энцелада путём изучения сезонных колебаний температуры на его северном полюсе (жёлтый). Эти результаты в сочетании с уже имеющимися данными о высокоактивной южной полярной области (красный) дают первое наблюдательное ограничение на баланс потерь энергии Энцелада (<54 ГВт), что согласуется с прогнозируемым притоком энергии (от 50 до 55 ГВт) от приливного нагрева. Это означает, что текущая активность Энцелада устойчива в долгосрочной перспективе, что является важным условием для эволюции жизни, которая, как считается, может существовать в его глобальном подповерхностном океане.