Планетологи при помощи численного моделирования подтвердили идею о том, что сдвиговые движения разломов в южной полярной области спутника Сатурна Энцелада, вызванные приливными силами со стороны планеты, могут объяснить наблюдаемые двухпиковые периодические колебания активности и яркости гейзеров на Энцеладе. Статья опубликована в журнале Nature Geoscience.
Энцелад выделяется среди других спутников Сатурна тем, что обладает гейзерами, выбрасывающими ледяные частицы, в состав которых входит вода и органические вещества. Гейзеры, несущие информацию о потенциально обитаемом подповерхностном океане спутника, впервые заметила автоматическая станция «Кассини». Источниками гейзеров являются четыре крупных разлома в южном полярном регионе Энцелада, называемые «тигровыми полосами», которые демонстрируют повышенное тепловыделение.
Активность гейзеров и их яркость периодически меняются по мере движения Энцелада по вытянутой орбите вокруг Сатурна, что говорит в пользу идеи о том, что приливные силы со стороны планеты вызывают циклические деформации ледяной коры спутника, синхронно вращающегося вокруг него, регулируя транспорт тепла и вещества через раскрывающиеся и закрывающиеся трещины. При этом существуют проблемы с объяснением двух пиков активности, один из которых меньше другого. Также наблюдается разница между моментом максимального раскрытия разломов в моделях и пиком активности гейзеров в реальности.
Группа планетологов во главе с Александром Берне (Alexander Berne) из Калифорнийского технологического института опубликовала результаты трехмерного моделирования методом конечных элементов для проверки идеи о том, что активность гейзеров на Энцеладе регулируется сдвиговыми смещениями в коре, вызываемыми приливным взаимодействием с Сатурном. Исследователи работали с квазисферической моделью ледяной коры Энцелада, которая подвергается действию приливных сил, при этом эксцентриситет орбиты изменялся со временем. Кора обладала средней толщиной 30 километров (вблизи южного полюса она уменьшалась до 10 километров), была однородной и упругой и обладала радиальными сквозными трещинам, которые соответствуют «тигровым полосам». Моделирование также учитывало трение между скользящими частями разлома.
Исследователи определили, что горизонтальные сдвиговые движения в разломах действительно могут воспроизводить динамику активности гейзеров и тепловых потоков. Кроме того, из-за трения возможна задержка между моментом максимального действия приливных напряжений и началом движения частей разлома. Максимумы скольжения по разлому, предсказанные моделью, совпадают с наблюдениями двух пиков активности гейзеров, а практически нулевой сдвиг разлома соответствует периоду низкой яркости гейзеров. При этом сдвиги способны порождать транстенсионные изгибы вдоль естественных неровностей краев разломов, что влияет на уровень активности. Из-за тепловой инерции льда влияние нагрева, вызываемого сдвигами, на колебания яркости гейзеров кажется незначительным.
Ранее ученые выяснили, что органические молекулы из океана Энцелада способны сохраняться на поверхности вблизи южного полюса. Возможно, в рамках будущих миссий их удастся собрать для анализа.