We hebben onlangs afscheid genomen van het Cassini-ruimtevaartuig, die na 13 jaar trouwe baan rond Saturnus en zijn manen werd gericht om in de atmosfeer van de gigantische planeet te duiken. De reden voor de "grote finale" was om te waken voor de mogelijkheid dat Cassini in een van de manen van Saturnus zou kunnen crashen - in het bijzonder Enceladus.

Met zijn gordijn van geisers en interne oceaan, Enceladus is uniek. Als resultaat, dit kleine, ijzige maan wordt momenteel beschouwd als een potentiële gastheer voor leven, en dus werd er geen risico genomen dat het zou worden besmet door het Cassini-ruimtevaartuig. Nu nieuw onderzoek, gepubliceerd in Natuurastronomie, suggereert dat deze oceaan al heel lang in Enceladus bestaat - mogelijk lang genoeg om de voorwaarden te scheppen om leven te ontwikkelen.

De geisers zijn pluimen van zout waterijs vermengd met sporen van kooldioxide, ammoniak, methaan en andere koolwaterstoffen die uitbarsten langs scheuren in het zuidpoolgebied van Enceladus. Het was vanwege deze geisers dat wetenschappers konden vaststellen dat Enceladus een oceaan onder zijn ijzige korst moet hebben en dat de oceaan actief is (convectie). Een daaropvolgende observatie dat waterstof in de pluimen aanwezig was, leidde tot een aanvullende conclusie, dat hydrothermische activiteit - chemische reacties als gevolg van de interactie van water en gesteente - plaatsvond. Maar wat wetenschappers niet hebben kunnen verklaren, is welke warmtebron deze activiteit zou kunnen aandrijven.

Naarmate er meer waarnemingen werden gedaan van de locatie van de pluimen, het mysterie van de ontbrekende warmtebron nam toe. De geisers worden geassocieerd met kenmerken die bekend staan ​​als "tijgerstrepen" - een set van vier, parallelle depressies, ongeveer 100 km lang en 500 m diep. De temperatuur van de strepen is hoger dan die van de rest van de ijzige korst, dus werd aangenomen dat het scheuren in het ijs moesten zijn. Er zijn bijna geen inslagkraters in het tijgerstrepengebied, dus het moet erg jong zijn, in de orde van een miljoen jaar oud. Elk model dat beweerde de warmtebron te verklaren, moest ook rekening houden met de gefocuste aard ervan - de oceaan is globaal, maar waarom is alleen het zuidpoolgebied actief?

Voor meerdere jaren, wetenschappers hebben de voorkeur gegeven aan de verklaring van "getijdenverwarming" - een resultaat van interacties tussen planetaire lichamen. Zo is getijdeninteractie met onze eigen maan verantwoordelijk voor eb en vloed van water op aarde. Enceladus is in orbitale resonantie met de vergelijkbare maan Dione, die de vorm van de baan van Enceladus rond Saturnus beïnvloedt. Het effect, echter, is onvoldoende om rekening te houden met het vermogen dat nodig is om de geisers actief te houden - berekend in de orde van 5GW. Dit zou voldoende vermogen zijn voor een stad ter grootte van Chicago.

Poreuze kern

Onderzoekers kwamen een stap dichter bij het oplossen van de puzzel toen ze naar de interne structuur van Enceladus keken. De maan heeft een dichtheid die laag genoeg is om voornamelijk ijs te impliceren met een kleine, rotsachtige kern. Deze waarneming is al jaren bekend, sinds de Voyager 2-missie de eerste beelden van Enceladus nam en de straal bepaalde, zodat het volume kan worden berekend. Door de aantrekkingskracht van Enceladus op Cassini kon de massa van de maan worden geschat, het geven van een waarde voor de dichtheid van het lichaam. Zwaartekrachtmetingen door Cassini toonden aan dat de kern ook een lage dichtheid had, wat kan worden geïnterpreteerd als een poreuze kern, met de poriën gevuld met ijs.

De nieuwe reeks berekeningen vult de poriën van de kern met water, in plaats van ijs, waaruit de auteurs laten zien dat de getijdenkrachten die samenhangen met het poriewater ruim voldoende zijn om te verklaren hoe de warmte van Enceladus ontstaat. Het model is indrukwekkend omdat het zo grondig is - niet alleen rekening houdend met de porositeit van de kern, maar de permeabiliteit (hoe gemakkelijk vloeistoffen er doorheen kunnen bewegen) en hoe sterk het is (zal het versplinteren of buigen als vloeistoffen er doorheen lopen?). De onderzoekers passen soortgelijke details toe op de vloeistof, rekening houdend met de viscositeit (hoe vloeibaar het is), temperatuur en samenstelling, evenals zijn convectieve eigenschappen (hoe goed kan het warmte transporteren).

Door al deze parameters samen te nemen en bekende of conservatief beoordeelde waarden eraan toe te kennen, ontstaat een angstaanjagend complex van vergelijkingen. Gelukkig, de auteurs (of minstens, hun computersoftware) de vergelijkingen kunnen oplossen om een ​​elegant model van warmtestroom binnen Enceladus te produceren.

De auteurs maken een 3D-beeld van waar en hoe warmte van getijdenbewegingen in de poriënruimten wordt overgebracht naar de ondergrondse oceaan. Ze vinden dat de warmteafvoer van de kern niet homogeen is, maar verschijnt als een reeks onderling verbonden, smalle opwellingen waar de temperatuur hoger is dan 363K (85°C), met hotspots vooral op de zuidpool. Omdat de warmtebronnen zo gefocust zijn, er zou een verhoogde hydrothermische activiteit mee gepaard gaan - wat de waterstof in de pluimen verklaart.

De laatste opwindende observatie die uit het model komt, is dat de hoeveelheid warmte die wordt geproduceerd door het interne getij voldoende is om de ondergrondse oceaan van Enceladus miljarden jaren in stand te houden. Voorafgaand hieraan, men dacht dat als de warmtebron voor een wereldwijde ondergrondse oceaan radioactief verval was geweest, de oceaan zou binnen een paar miljoen jaar bevriezen, daarom werden getijdenkrachten gesuggereerd als een potentiële warmtebron. Maar nogmaals, er waren problemen met een dergelijk model, die veranderingen in de baan van Enceladus vereisen - en toch, een oceaan zou zijn, op zijn best, vergankelijk.

Dit leidt meteen tot een andere reeks vragen:wat betekent dit voor het leven op Enceladus? Een warme mondiale oceaan met een levensduur van enkele miljarden jaren zou een geweldige plek zijn voor het leven om op gang te komen - het duurde slechts ongeveer 640 miljoen jaar voordat het leven op aarde van microbe tot zoogdier evolueerde. Helaas, Hoewel, Enceladus zelf is misschien vrij jong:in een recent artikel werd voorgesteld dat de maan misschien pas ongeveer 100 miljoen jaar geleden is gevormd - is dat een voldoende lange periode om het leven op gang te brengen?

Mogelijk - het leven op aarde lijkt binnen een paar honderd miljoen jaar na zijn vorming op gang te zijn gekomen onder veel zwaardere omstandigheden van inslagbombardementen. Hoewel het nog eens 3 duurde, Ongeveer 500 miljoen jaar om tot de dramatische uitbreiding van het leven te komen. Misschien is het de toekomst die er rooskleurig uitziet voor Enceladus - als de oceaan van Enceladus het potentieel heeft om miljarden jaren mee te gaan, zou dan een soortgelijke evolutionaire volgorde als die op aarde kunnen plaatsvinden in de donkere diepten van een Enceladen oceaan? Misschien geen toekomstige dwergplaneet van de apen - maar welke prijs een zeemeermin?

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.