Wetenschap
Enceladus morst zijn lef door middel van een stakings-slipbeweging
In de loop van zijn elliptische baan wordt de maan Enceladus ongelijkmatig samengedrukt door de zwaartekracht van Saturnus en vervormt hij van een bolvorm naar een voetbalvorm en weer terug. Deze cyclische stress veroorzaakt binnen Enceladus een fenomeen dat 'getijdenverwarming' wordt genoemd en verdrijft voldoende energie om wat wordt beschouwd als een mondiale oceaan onder de ijzige korst van de maan in stand te houden.
Op de zuidpool van Enceladus spuit een groot aantal jets ijskoude deeltjes uit een reeks grillige, 150 kilometer lange breuklijnen – bekend als de tijgerstreepbreuken – en dit uitgestoten materiaal vloeit samen boven het oppervlak van de maan en vormt een pluim. Monsters van dit pluimmateriaal, geanalyseerd door NASA's Cassini-missie, suggereren dat de chemische omstandigheden die verondersteld worden noodzakelijk te zijn voor het leven mogelijk bestaan in de oceaan diep onder het oppervlak van Enceladus.
Nu gebruikt nieuw onderzoek onder leiding van afgestudeerde student Alexander Berne (MS '22), in samenwerking met Mark Simons, de John W. en Herberta M. Miles hoogleraar geofysica en directeur van de Brinson Exploration Hub bij Caltech, een gedetailleerd geofysisch model om te karakteriseren de beweging van deze tijgerstreepbreuken en biedt nieuwe inzichten in de geofysische processen die de straalactiviteit controleren.
Het begrijpen van deze en andere factoren – zoals de mate waarin het jetmateriaal de ondergrondse oceaan vertegenwoordigt, hoe lang jets actief zijn geweest, de topografie van de ijskap, enzovoort – is cruciaal om een gedetailleerd beeld te krijgen van de potentiële bewoonbaarheid van de maan. na verloop van tijd.
Het artikel is getiteld "Jet-activiteit op Enceladus gekoppeld aan getijdengedreven stakings-slipbeweging langs tijgerstrepen" en werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience op 29 april.
De pluim boven de zuidpool van Enceladus varieert in intensiteit, neemt toe en neemt af in kracht en produceert twee opmerkelijke heldere emissiepieken tijdens de 33 uur durende baan van de maan rond Saturnus. Er wordt getheoretiseerd dat getijdenkrachten ervoor zorgen dat de tijgerstreepbreuken zich openen en sluiten als een liftdeur, waardoor ze meer of minder materiaal kunnen uitstoten in cycli die overeenkomen met die getijden.
Dergelijke modellen zijn echter niet in staat de timing van pieken in de helderheid van de pluim nauwkeurig te voorspellen. Problematischer:dit mechanisme voor het openen van breuken vereist meer energie dan er naar verwachting alleen door getijdenwerking beschikbaar zal zijn.
De nieuwe studie suggereert dat waargenomen variaties in de sterkte van de pluim van Enceladus te wijten kunnen zijn aan het feit dat de tijgerstreepbreuken op een strike-slip manier bewegen, waarbij de ene kant langs de andere schuift, vergelijkbaar met de stijl van breukbeweging die aardbevingen veroorzaakt langs breuklijnen zoals die in Californië. San Andreas. De energie die nodig is voor een dergelijke beweging van de breuk is aanzienlijk minder dan vereist door het openings-/sluitmechanisme.
Berne en collega's ontwikkelden een geavanceerd numeriek model om de stakings-slipbeweging langs de breuklijnen van Enceladus te simuleren. Deze modellen houden ook rekening met de rol van wrijving tussen de ijzige wanden van de breuk, waardoor vervorming gevoelig is voor zowel drukspanningen die de breuk neigen te klemmen en los te maken, als schuifspanningen die de neiging hebben om slip op de breuk te veroorzaken.
Het numerieke model kan slip langs de tijgerstrepen simuleren op een manier die overeenkomt met de variaties in de helderheidsvariaties van de pluim en met de ruimtelijke variaties in de oppervlaktetemperatuur, wat erop wijst dat de jets inderdaad worden bestuurd door stakings-slipbewegingen over de baan van Enceladus. P>
De onderzoekers theoretiseren dat de individuele jets voorkomen bij "uit elkaar trekken" in de breuklijnen - gebogen delen van de breuklijn die opengaan onder regionale aanval-slipbeweging. Recentelijk afzonderlijk onderzoek van JPL onderzocht ook het tijgerstreepgebied en vond geologisch bewijs voor uit elkaar getrokken delen langs de breuklijnen, precies op de locatie van de jets.
"We lijken nu zowel geologische als geofysische redenen te hebben om te vermoeden dat straalactiviteit plaatsvindt bij pull-aparts langs de tijgerstrepen van Enceladus", zegt Berne.
In 2005 vloog de Cassini-missie langs Enceladus, bemonsterde het straalmateriaal en ontdekte dat de pluim elementen als koolstof en stikstof bevat, wat erop wijst dat de ondergrondse oceaan momenteel omstandigheden kan herbergen die gunstig zijn voor leven. Naast de aanwezigheid van deze en andere chemische componenten zijn belangrijke geofysische omstandigheden, zoals voldoende warmteproductie en nutriëntenstroom tussen de kern, de oceaan en het oppervlak, vereist voor bewoonbaarheid.
‘Om het leven te laten evolueren, moeten de voorwaarden voor bewoonbaarheid voor een lange tijd goed zijn, en niet slechts voor een ogenblik’, zegt Simons. "Op Enceladus heb je een oceaan met een lange levensduur nodig. Geofysische en geologische observaties kunnen belangrijke beperkingen opleveren voor de dynamiek van de kern en de korst, evenals voor de mate waarin deze processen in de loop van de tijd actief zijn geweest."
"Gedetailleerde metingen van de beweging langs de tijgerstrepen zijn nodig om de hypothesen in ons werk te bevestigen", zegt Berne. "We hebben nu bijvoorbeeld de capaciteit om breukverschuivingen, zoals aardbevingen, op aarde in beeld te brengen met behulp van radarmetingen van satellieten in een baan om de aarde.
"Het toepassen van deze methoden bij Enceladus zou ons in staat moeten stellen het transport van materiaal van de oceaan naar het oppervlak, de dikte van de ijskorst en de langetermijnomstandigheden die het leven mogelijk maken en evolueren op Enceladus beter te begrijpen." P>