Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
Спутники
Спутники - Энцелад
Сатурн: Властелин Колец

Исследования гейзеров Энцелада

    Нынче намёки на возможное существование органической жизни находят везде, где только можно и нельзя. Аппарат Кассини, как вы знаете, мотается в системе Сатурна, периодически поглядывая то на него, то на его кольца, то на спутники. Одна из последних официально опубликованных серий наблюдений была посвящена таинственному Энцеладу.
    Учёные не сразу стали делать громкие заявления — к тому времени была обработана далеко не вся информация, которую передал зонд. Зато спустя всего пару недель кое-что из полученных данных стало доступно и широкой публике.
    Вот, например, благодаря последнему пролёту выяснились нечто новое касательно разломов — "тигриных полос" — на южном полюсе Энцелада. Они, как оказалось, заметно горячее, чем исследователи определили раньше, — на 17°C, и его температура, составляет -93°. А это, кстати, градусов на сто больше температуры всей остальной поверхности спутника.
    Предыдущие снимки аппарата помогли ученым определить места выбросов Энцелада. Новые снимки дают возможность соориентировать источники тепла в разломах с окружающей поверхностью. В будущем исследователи планируют отдельно запечатлеть извержения, а также различия между разломами.
    По утверждению астронома Джона Спенсера (John Spencer) из Юго-западного исследовательского института (Southwest Research Institute — SRI), участвующего в проекте Кассини, это значение неким образом свидетельствует о том, что источник воды находится не очень глубоко под поверхностью. Но если это сообщение не вызывает дикого восторга — не расстраивайтесь. Если бы вы только знали, что намешано в этой воде!
    Астрономам стало известно, что веществ, содержащихся в паре, исторгаемом из трещин, значительно больше, чем оценивалось до сих пор. По новым данным летучие газы в 20 раз плотнее, чем считали до этого. Наблюдения подтвердили имевшуюся ранее информацию о том, что в состав примесей входят оксиды углерода (CO, CO2). Однако кроме этого нашлись и органические соединения.

Плотность водяных частиц гейзеров Энцелада
PIA10362


    Количество частиц воды из гейзеров Энцелада было подсчитано масс-спектрометром Кассини во время своего пролета около этот спутника. Аппарет пролетел прямо через извержения 12 марта 2008 года.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10362

Спектр масс фонтанов Энцелада
PIA10356


    На нижней панели рисунка демонстрируется спектр масс, который соотносит композиционный состав частиц, извергающихся из Энцелада. Здесь указаны количества вещества в атомных массах на элементарный заряд (Дальтоны, Da) для воды (Water Vapor - водяной пар), метана (Methane), угарного газа (Carbon Monoxide), углекислого газа (Carbon Dioxide), простых органических (Simple Organics) и комплексных органических (Complecs Organics) соединиений.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10356

Спектр масс фонтанов Энцелада
PIA10357


    На рисунке мы можем обратить внимание, что Энцелад по своему характеру похож на комету. Водяной пар, метан, угарный газ, углекислый газ, простые и сложные органические соединени вырываются из недр спутника. Этот график показывает процентный состав химических соединений Энцелада в сравнении с кометными.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10357

    Напомним, что относительно недавно специалисты по экстрасолнечной астрономии впервые нашли метан далёкой планеты. Однако, как оказалось, мы знаем далеко не всё об органических веществах в собственной-то системе.
    После того пролёта зонда астрономы не испытали никакого шока: о том, что в гейзерных струях Энцелада есть подобные молекулы, они не так давно уже узнали. 24 октября 2007 года всё тот же Кассини зарегистрировал интересное явление: прохождение звезды дзета Ориона прямо за "гейзерным хвостом" Энцелада. А так как свет проникал через поток, учёные с помощью спектрографов узнали, сквозь что именно он прошёл.
    Анализ данных показал, что струи, бьющие из энцеладовой коры, щедры не только на воду с углекислым и угарным газами, но и на нечто более аппетитное: среди приправ обнаружились органические молекулы метана, пропана, ацетилена и формальдегида.
    По словам Хантера Уэйта (Hunter Waite) — другого участника проекта Кассини (также из SRI) — из-за этих компонентов Энцелад оказался удивительно похожим на комету. Ибо в его потоках есть вещества такого же рода, что и в молодой Солнечной системе, когда появлялись кометы и прочие древние объекты.
    "Но Энцелад не комета!" — на всякий случай уточнил мистер Уэйт. И правда, хоть у спутника и есть газовый хвост с почти кометным составом, этот "отросток" существует благодаря внутреннему источнику энергии (видимо, радиоактивному). А у комет хвост отрастает из-за действия солнечного ветра.
    "На Энцеладе есть тепло, вода и органические вещества, — говорит Деннис Мэтсон (Dennis Matson), исследователь из проекта Кассини. — Это три базовых ингредиента, которых может хватить для появления жизни".
    Но ничего более определённого на эту тему пока сказать нельзя. Учёный добавил, что мы должны сначала убедиться в том, что там достаточно воды именно в жидком состоянии, без неё вряд ли чего получится.

Горячие точки Энцелада

    Фантасмагорические тигриные полосы на поверхности, загадочные водяные фонтаны и всякие температурные странности одного из "детей Сатурна" наука, наконец, свела воедино. Их происхождение, так и осталось тайной, и с этим пока ничего не поделаешь — Энцелад очень далеко от нас. И всё же теперь он стал в каком-то смысле ближе. Два года исследователи, участвующие в проекте Кассини, мучались, пытаясь понять природу некоторых геологических и атмосферных чудачеств Энцелада. Но теперь многое стало очевидным благодаря тому, что эти, скажем так, аномалии, удалось свести в единую систему.
    Основополагающим фактором геологических феноменов (тех, которые доступны нынешним наблюдениям) являются зрелищные структуры — тигриные полосы на южном полюсе. Детальные снимки показали, что Энцелад, увы, не имеет ничего общего с семейством кошачьих: это просто впадины на рельефе спутника.
    Всего известно четыре такие линии, называющиеся Александрия, Каир, Багдад и Дамаск (Alexandria, Cairo, Baghdad, Damascus) — в честь городов, упоминающихся в арабских "Сказках тысячи и одной ночи". Помимо полос, исследователи нашли у него гигантские фонтаны, бьющие в космос на тысячи километров. Они выбрасывают ледяную пыль на сотни километров и, как оказалось, с их помощью Энцелад пополняет водой собственную атмосферу и разрисовывает соседние спутники. Это же вещество он щедро забрасывает в кольцо E Сатурна, от чего оно синеет. В конце концов, эти выбросы тормозят магнитное поле газового гиганта.
    Некоторое время назад астрономы заметили у него ещё одну особенность — неравномерное распределение температур на поверхности. Особенно выделяются "горячие точки" — районы, которые нагреты существенно сильнее окружающей территории. Теоретически, все эти горячие точки, полосы и фонтаны — должны быть связаны между собой. Но что толку гадать, когда можно установить, чего у них общего, посредством наблюдений. Что и сделали Джозеф Спайтейл (Joseph N. Spitale) и Каролин Порко (Carolyn C. Porco), члены проекта CICLOPS, посвящённого обработке и изучению изображений, полученных от Кассини.

Источники струй Энцелада
PIA08385


    Эта карта южного полярного региона Энцелада. Она демонстрирует соответствие между источниками, идентифицированными при обработке данных Кассини, и горячих источников, определенных инфракрасными данными. Исследователи очень осторожно измеряли месторасположение и ориентацию струй в пространстве с помощью снимков края диска Энцелада. Для каждой струи ученые находили место прорыва на поверхности, которые, к слову, принадлежат именно “тигровым полосам”. Постепенно было выделено некоторое количество таких источников.
    Восемь источников отмечены желтыми римскими цифрами. Инфракрасные данные отмечены красными квадратами, отмеченными зелеными заглавными буквами. Линии пересечения струй отмечены разноцветными фигурками. Белые круги соответственно говорят об узлах таких пересечений. Четыре основные тигровые полосы отмечены здесь названиями. Южный полюс находится в центре. Долготы отмечены по периметру карты.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08385

Источники струй Энцелада
PIA09761


    ЭНа этом снимке Энцелад представлен практически перед Солнцем, поэтому хорошо можно рассмотреть струи гейзеров. Вид здесь практически нормальный (перпендикулярный) к направлению "тигровых полос", или сульций (sulci), из который извергаются фонтаны. Яркость небы на заднем фоне спутника обусловлена диффузным свечением кольца E, которое и является продуктом деятельности фонтанов, после чего материал образует тор вокруг Сатурна. Север находится в 20° влево от верхней точки диска. Снимок получен в видимом спектре узкоугольной камерой Кассини 30 сентября 2007 года. Расстояние до Энцелада составляет около 187,000 км, фаза съемки - 157°. Разрешение около 1 км на пиксель.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA09761

Источники струй Энцелада
PIA09037


    9 ноября 2006 года Кассини получил это инфракрасное изображение, на котором четко видно излучение тепла из "тигровых полос", структур, которые можно найти на южном полюсе спутника. Первое подтверждение извержения водяного пара и льда на Энцеладе было обнаружено 14 июля 2005 года. Однако Кассини не находился на нужной траектории для того, чтобы поближе рассмотреть этот район до ноября 2006 года. Новые измерения проводились с расстояния в 110,000 км, что немного дальше, чем первые наблюдения с 80,000 км дистанции.
    Сравнивая два изображения можно с уверенностью сказать, что активность южного полюса не изменилась, а температура держится в течении 16 месяцев. Большое количество тепла излучается как раз из районов расщелин, которые были названы "тигровыми полосами", хотя и отдельно они и не заметны с разрешением 30 км на пиксель. Интенсивность теплового излучения происходит на волне от 10 до 16 мкм, которые переведены в искусственные цвета с линейкой температурных значений. Пик температур в обоих исследованиях достигает 85 °K с разрешением в 30 км. Однако могут быть районы не доступные этому разрешению, около 100 м в месте расщелин, где температура может достигать 130 °K и даже больших значений. Остальные районы могут нагреваться только до 70 °K под солнечным излучением.
    На снимках присутствует таблица координат Энцелада, размер которого составляет 500 км в диаметре. Штриховая линия показывает терминатор. Пятнистые области, отстоящие от южного полюса и за пределами диска Энцелада, являются артефактом в результате того, что спектрометр может с трудом фиксировать холодный фон при мощном тепловом излучении с южного полюса.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA09037

    Как и предполагалось, между всем этим существует простая взаимосвязь: потоки выходят из горячих точек, которые располагаются как раз на тигриных полосах. Одним словом, это нечто вроде земных гейзеров, и стало известно об этом именно в результате прямых наблюдений. Выяснить это планетологи смогли, тщательно проанализировав снимки струй Энцелада, сделанные с разных точек. Благодаря этому стало понятно, каково пространственное расположение каждого потока в отдельности. Учёные сопоставили эти координаты с расположением зон с повышенной температурой. Благодаря этому они окончательно подтвердили гипотезу о том, что горячие точки служат местами выброса воды.
    Однако не всё так гладко. Исследователи нашли несколько струй, которые не связаны ни с одним из высокотемпературных участков.
    Так, никто не ожидал найти в Багдаде никаких потоков — там не было зафиксировано особых повышений температуры. Тем не менее, оттуда тоже хлещет, причём, по словам Спайтейла, изрядно. Короче, в Багдаде оказалось не так уж и спокойно. Это свидетельствует о том, что Багдад всё же содержит довольно горячие точки. Данный факт озадачивает людей, работающих с данными Кассини, так как аппарат снабжён очень точным инфракрасным спектрометром CIRS, но ничего особенного он почему-то там так и не увидел.

Водопровод Энцелада

    Исследователи программы исследований Кассини превратились в своеобразных водопроводчиков, пока стараются сложить вместе все знания о гейзерах Энцелада, а также о его своеобразных трубах. Энцелад извергает мощные гейзеры, которые выдаются на расстояние в три раза превышающее размер самого спутника, и сейчас ученые продвинулись ближе к пониманию процессов, которые могут приводить к подобным явлениям. Зная о том, как формируются извержения, и какой путь проделывают частицы водяного пара и льда, можно сделать вывод о том, есть ли в недрах Энцелада жидкий резервуар или озера.
    "После того, как Кассини открыл гейзеры водяного пара, мы старались понять, откуда этот пар и частицы льда появляются. Рождаются ли они в водном резервуаре или появляются в результате каких-либо других процессов? Теперь же, после анализа всех данных из различных инструментов, мы можем сказать, что, скорее всего, под поверхностью у Энцелада существует жидкая вода", говорит Йюрген Шмидт (Juergen Schmidt), член команды Кассини, изучающий данные с анализатора космической пыли.
    Огромное число ледяных частиц, исследованных при извержениях гейзеров, и их устойчивое количество говорит, что они должны производиться при высоких температурах, близких к точке плавления льда, которое может происходить в озерах под коркой спутника. Такие озера могут быть похожими на озеро Восток в Антарктиде, которое заперто в толще льда. Ледяные зерна конденсируются в паре, и далее удаляются через разломы в льде на поверхности. Присутствие жидкой воды внутри Энцелада может стать одной из важнейших целей для астробиологов в поиске форм жизни во внешней солнечной системе.
    Ученые изучают динамику извержений с 2005 года и собрали огромное количество данных с нескольких инструментов, одним из которых является и анализатор космической пыли. Анализ этих данных позволяет сказать, что температура внутреннего водоема может достигать 273 К или 0°С и это лучший способ для того, чтобы появились такие гейзеры. При таких теплых температурах, жидкая вода, лед и водяной пар перемешиваются. Пар выбрасывается в вакуум окружающего пространства через разломы в коре Энецелада. Когда газ расширяется, он охлаждается, и из пара конденсируются частицы льда, которые становятся видимыми в выбросах. Пар в извержениях заперт в темпе сверхзвуковой скорости около 300-500 м/с. Однако, большинство сконденсированных частиц не достигают скорости убегания в 240 м/с.

Источники струй на тигровых полосах
PIA10361


    На этом изображении представлена лучшая карта тепла активного южного полюса Энцелада. Самые теплые участки были распознаны на ранних изображениях. Источники гейзеров отмечены желтыми звездочками. Эти данные были получены при сближении Кассини с этим спутником 12 марта 2008 года. Самая высокая температура, достигающая 180 K, принадлежит разлому Дамаск (Damascus Sulcus), в левой нижней части снимка. Для сравнения, окружающая поверхность имеет температуру около 72 K. Тепло выделяется из недр Энцелада через эти разломы, называемые "тигровыми полосами", которые являются источниками гейзеров. Инфракрасное излучение было картографирована на волнах от 12 до 16 мкм. Данные о тепловом излучении наложены на карту поверхности, полученную Кассини 14 июля 2005 года. Новые вид говорит о том, что, по крайней мере, три из разломов являются активными, тогда как четвертый не попал в этот кадр. Уровень активности огромен для этих образований. Самые теплые части были ранее найдены для на ранних снимках. Как бы там ни было, дополнительные источники тепла можно найти и за пределами разломов. Эта карта составлена после 16 и 37 минут после наибольшего сближения с Энцеладом с расстояния в 14,000 и в 32,000 км от поверхности.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10361

Газо-пылевые источники Энцелада
PIA10355


    Струи плотного газа зафиксированы ультрафиолетовым спектрографом Кассини и соотнесены на снимки, полученные этим аппаратом. Каждая струя имеет свое положение, отмеченное римскими цифрами. Спектрограф указал размещение отдельных струй во время звездного затмения дзета Ориона. Голубая линия на изображении отражает проекцию звездного пути относительно извержений над южным полюсом Энцелада. Инструменты аппарата следили за звездой вдоль ее прохождения в направлении, отмеченном стрелкой. Некоторые из газо-пылевых струй выглядят слитно на данных о затмении. Затмение, отмеченное буквой "а", принадлежит струям V и VII. Затмение "b" относят к струе I, которая не строго вертикальна. Затмение "c" - это струя VI, "d" - III. Между ними II. Отдельные струи вырываются из источников, занимающих области примерно 300 на 300 м, примерно половина теннисного корта. Скорость молекул достигает около 600 м/с.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10355

Поиск тепла
PIA07794


    Загадки южного полушария Энцелада продолжают волновать исследователей. Молодая поверхность по геологическим меркам, а также необычно теплая поверхность. Это изображение демонстрирует выход тепловой энергии из разломов около южного полюса спутника. Эти теплые расщелины являются источником извержений водяного пара, зафиксированного инструментами Кассини 14 июля 2005 года. На снимок наложен массив с температурными значениями на поверхности Энцелада, которые были измерены инфракрасным спектрометром Кассини. Температура поверхности в Кельвинах является производной интенсивности инфракрасного излучения, зафиксированного спектрометром. Но неопределенность в определении точных значений показывает температуру около 75 °K, и поэтому непросто получить однозначные значения. Термальная эмиссия возрастает в районе выделяющихся на поверхности "тигровых царапин". И на этом же снимке это очень хорошо видно. Пик температур достигает 86 и 90 °K, хотя данные спектрометра говорят о том, что в некоторых местах эти значения могут достигать и 145 °K, вдоль узкой зоны размером несколько сотен метров внутри расщелин. Изображение получено в три раза ближе, чем съемка в инфракрасном спектре. Центр - около 82° ю.ш. и 120° з.д.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07794

    Частицы с маленькими скоростями похожи на шары в пинболе. Отбиваясь рикошетом от стен, частицы теряют скорость, тогда как водяной пар проходит свободно через расщелины. Пар заново разгоняет замерзшие частицы, которые ударяются о стены разлома, двигая их дальше вверх. Достигая поверхности более быстрый пар выстреливаются высоко над Энцеладом и захватывается магнитосферой Сатурна. А частицы с меньшей кинетической энергией выпадают снова на поверхность спутника. Только лишь 10% материала пополняют кольцо E.
    "Наша модель предлагает простую концепцию, объясняющую процесс формирования частиц, их скорости, а также то как они попадают в пространство. Если температура пара низкая, плотность его мала, для того, чтобы выталкивать частицы, поэтому мы не увидим сильный выброс", говорит Шмидт. "Следовательно, мы верим, что в местах испарений температура должна быть близка к температуре плавления льда".
    Ученые говорят, что частиц, которые мы видим в извержениях, слишком много, чтобы объяснить их количество существующими моделями с низкими температурами, предполагающих, что газ может быть захвачен внутри ледяных кристаллов. Другая модель подразумевает, что водяной лед, выброшенный в пространство, сублимировал или кипел без жидкой фазы. Но это также предполагает маленький период активности, вместо устойчивого образования частиц. Новая модель конденсирования зерен в разломах, которые испаряются из жидких водоемов, согласуется с долгим периодом извержения из одного источника.
    Миссия Cassini-Huygens - совместный проеткт NASA, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Управляет полетом космического аппарата Лаборатория Реактивного Движения (JPL), подразделение Калифорнийского технологического института, Вашингтон, округ Колумбия.


Жидкая вода на Энцеладе

    9 марта 2006 года аппарат Кассини нашел доказательства существования жидкой воды на спутнике Сатурна Энцеладе. Водяной пар извергается с поверхности спутника в виде гейзеров, наподобие тех, что мы видим на Земле, только в сотни раз выше. Редкий случай такой находки жидкой воды около поверхности вызвал намного больше вопросов у специалистов. Это радикальное высказывание, по мнению самих ученых. Но, как бы там ни было, существование жидкой воды на таком маленьком и холодном объекте существенно расширяет представление о нашей Солнечной системе и о возможностях зарождения жизни в ее пределах. Снимки высокого разрешения Кассини демонстрируют ледяные струи, извергающиеся в пространство на высоких скоростях. Было создано несколько моделей для объяснения этих процессов. По первой идее, частицы производятся и выбрасываются с поверхности спутника при превращении в пар водяного льда. Помимо этого, исследователи выдвинули гипотезу о том, что эти фонтаны бьют из-под поверхности, где находятся резервуары жидкой воды с температурой около 0 °С.

Модель ледяных гейзеров Энцелада
PIA07799


    В то время как на Энцеладе продолжаются извержения гейзеров в космическое пространство, исследователи пытаются понять механизм их появления. Эта схема иллюстрирует ключ к пониманию гипотезы о том, что под коркой льда может существовать резервуары с водой, выдвинутой 10 марта 2006 года в журнале "Science". На схеме виден резервуар жидкой воды с температурой около 0 °С, которая является горючим для гейзеров. В поверхности есть отдушина в "тигровых полосах", которые покрывают поверхность около южного полюса Энцелада. Температура возрастает с глубиной. Комбинация радиоактивных распадов и приливных взаимодействий в результате вытянутой орбиты Энцелада приводят к разогреву недр, а также к нагреванию льда и появлению подобных резервуаров. До конца еще не ясно, что послужило толчком к тому, что недра этого маленького спутника различаются на конкретные слои, хотя уже и выдвигаются некоторые гипотезы.

Перевод документа: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07799

    До этого ученые говорили только лишь о трех геологически активных телах в Солнечной системе, на которых происходят извержения. Это спутник Юпитера Ио, Земля, а также спутник Нептуна Тритон. Кассини изменил их представления, и внес в эту эксклюзивную компанию еще и Энцелад. На других спутниках Солнечной системы также могут находиться океаны жидкой воды под толстым многокилометровым льдом, но у Энцелада вода должна находиться всего лишь в нескольких десятках метрах от поверхности. Еще до прибытия Кассини к системе Сатурна, было обнаружено огромное количество атомов кислорода в ней. И только со временем исследователи узнали, что за это в ответе гейзеры Энцелада, молекулы воды в которых распадаются на отдельные атомы.
    Еще существует очень много вопросов. Как долго Энцелад имеет подобную активность? Могла ли эта активность быть достаточно долгой для того, чтобы в недрах Энцелада зародилась жизнь? Сейчас уже нет никаких сомнений. Помимо Титана Энцелад также занимает приоритет в исследованиях. Таким образом, Сатурн подарил нам два уникальных мира для исследования.

новогодняя елка - лесная красавица
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru