Genoeg warmte om de hydrothermische activiteit in Saturnus' oceaanmaan Enceladus miljarden jaren aan te drijven, zou kunnen worden gegenereerd door getijdenwrijving als de maan een zeer poreuze kern heeft, een nieuwe studie vindt, werken in het voordeel van de maan als een potentieel bewoonbare wereld.

Een paper gepubliceerd in Natuurastronomie presenteert vandaag het eerste concept dat de belangrijkste kenmerken verklaart van Enceladus met een diameter van 500 km, zoals waargenomen door het internationale Cassini-ruimtevaartuig tijdens zijn missie, die in september werd afgesloten.

Dit omvat een wereldwijde zoute oceaan onder een ijsschelp met een gemiddelde dikte van 20-25 km, dunner worden tot slechts 1-5 km boven het zuidelijke poolgebied. Daar, stralen waterdamp en ijzige korrels worden gelanceerd door spleten in het ijs. De samenstelling van het uitgestoten materiaal, gemeten door Cassini, omvatte zouten en silicastof, wat suggereert dat ze zich vormen door heet water - minstens 90 ° C - in wisselwerking met gesteente in de poreuze kern.

Deze waarnemingen vereisen een enorme warmtebron, ongeveer 100 keer meer dan verwacht wordt gegenereerd door het natuurlijke verval van radioactieve elementen in gesteenten in de kern, evenals een middel om de activiteit op de zuidpool te concentreren.

Men denkt dat het getij-effect van Saturnus de oorzaak is van de uitbarstingen die de ijzige schil vervormen door push-pull-bewegingen terwijl de maan een elliptisch pad rond de gigantische planeet volgt. Maar de energie geproduceerd door getijdenwrijving in het ijs, op zichzelf, zou te zwak zijn om het warmteverlies vanaf de oceaan te compenseren - de aardbol zou binnen 30 miljoen jaar bevriezen.

Zoals Cassini heeft aangetoond, de maan is duidelijk nog steeds extreem actief, suggereren dat er iets anders aan de hand is.

"Waar Enceladus de aanhoudende kracht krijgt om actief te blijven, is altijd een beetje een mysterie geweest, maar we hebben nu in meer detail overwogen hoe de structuur en samenstelling van de rotsachtige kern van de maan een sleutelrol zou kunnen spelen bij het genereren van de benodigde energie, ", zegt hoofdauteur Gaël Choblet van de Universiteit van Nantes in Frankrijk.

In de nieuwe simulaties is de kern gemaakt van niet-geconsolideerde, gemakkelijk vervormbaar, poreus gesteente waar water gemakkelijk doorheen kan dringen. Als zodanig, koel vloeibaar water uit de oceaan kan in de kern sijpelen en geleidelijk opwarmen door getijdenwrijving tussen glijdende rotsfragmenten, naarmate het dieper wordt.

Water circuleert in de kern en stijgt dan op omdat het heter is dan de omgeving. Dit proces brengt uiteindelijk warmte over naar de bodem van de oceaan in smalle pluimen waar het een sterke wisselwerking heeft met de rotsen. Op de zeebodem, deze pluimen monden uit in de koelere oceaan.

Er wordt voorspeld dat één hotspot op de zeebodem maar liefst 5 GW aan energie vrijgeeft, komt ongeveer overeen met de jaarlijkse geothermische energie die in IJsland wordt verbruikt.

Dergelijke hotspots op de zeebodem genereren oceaanpluimen die met enkele centimeters per seconde stijgen. Niet alleen zorgen de pluimen voor een sterk smelten van de ijskorst erboven, maar ze kunnen ook kleine deeltjes van de zeebodem vervoeren, weken tot maanden, die vervolgens door de ijzige jets in de ruimte worden vrijgegeven.

Bovendien, de computermodellen van de auteurs laten zien dat het meeste water uit de poolgebieden van de maan moet worden verdreven, met een op hol geslagen proces dat leidt tot hotspots in gelokaliseerde gebieden, en dus een dunnere ijsschelp direct erboven, consistent met wat werd afgeleid uit Cassini.

"Onze simulaties kunnen tegelijkertijd het bestaan ​​van een oceaan op wereldschaal verklaren vanwege grootschalig warmtetransport tussen het diepe binnenste en de ijsschelp, en de concentratie van activiteit in een relatief smal gebied rond de zuidpool, dus de belangrijkste kenmerken die door Cassini zijn waargenomen, verklaren, " zegt co-auteur Gabriel Tobie, ook van de Universiteit van Nantes.

De wetenschappers zeggen dat de efficiënte steen-water-interacties in een poreuze kern die wordt gemasseerd door getijdenwrijving, tot 30 GW aan warmte kunnen genereren gedurende tientallen miljoenen tot miljarden jaren.

"Toekomstige missies die in staat zijn om de organische moleculen in de Enceladus-pluim met een hogere nauwkeurigheid te analyseren dan Cassini, zouden ons kunnen vertellen of aanhoudende hydrothermische omstandigheden het mogelijk hebben gemaakt dat er leven ontstaat, " zegt Nicolas Altobelli, Cassini-projectwetenschapper van ESA.

Een toekomstige missie uitgerust met ijsdoordringende radar zou ook in staat zijn om de ijsdikte te beperken, en extra flybys – of een ronddraaiend vaartuig – zouden modellen van het interieur verbeteren, verder verifiëren van de aanwezigheid van actieve hydrothermische pluimen.

"We zullen met instrumenten van de volgende generatie vliegen, inclusief gronddoordringende radar, naar de oceaanmanen van Jupiter in het volgende decennium met ESA's JUICE-missie, die specifiek is belast met het proberen te begrijpen van de potentiële bewoonbaarheid van oceaanwerelden in het buitenste zonnestelsel, ’ voegt Nicolaas toe.