Księżyc Saturna, Enceladus, zachwyca naukowców od czasów Voyager 2 misja przeszła przez system w 1981 roku. Tajemnica pogłębiła się dopiero od przybycia Cassini sonda w 2004 r., która obejmowała odkrycie czterech równoległych, liniowych szczelin wokół południowego regionu polarnego. Funkcje te zostały nazwane „Tiger Stripes” ze względu na ich wygląd i sposób, w jaki wyróżniają się na tle reszty powierzchni.
Od czasu ich odkrycia naukowcy próbowali odpowiedzieć na pytanie, czym one są i co je stworzyło. Na szczęście nowe badania prowadzone przez Carnegie Institute of Science ujawniły fizykę rządzącą tymi szczelinami. Obejmuje to, w jaki sposób są one powiązane z aktywnością pióropuszy księżyca, dlaczego pojawiają się wokół bieguna południowego Enceladusa i dlaczego inne ciała nie mają podobnych cech.
Badanie, które niedawno ukazało się w czasopiśmie Astronomia przyrody, był prowadzony przez Douga Hemingwaya - Carnegie Fellow z Instytutu Magnetyki Ziemskiej. Dołączyli do niego planetolodzy Maxwell Rudolph z University of California Davis i Michael Manga z University of California Berkeley.
Na potrzeby badań zespół wykorzystał modele geofizyczne Enceladusa do zbadania sił fizycznych, które pozwoliły na uformowanie się pasków tygrysa i utrzymanie ich w czasie. Szczególnie interesujące było to, dlaczego te pasy występują tylko na biegunie południowym Księżyca i dlaczego są tak równomiernie rozmieszczone. Jak wyjaśnił Hemingway:
„Po raz pierwszy widziane przez misję Cassiniego na Saturnie, te paski są jak nic innego znanego w naszym Układzie Słonecznym. Są równoległe i równomiernie rozmieszczone, około 130 kilometrów długości i 35 kilometrów od siebie. Tym, co czyni je szczególnie interesującymi, jest to, że nieustannie wybuchają z lodem wodnym, nawet gdy mówimy. Żadne inne lodowe planety lub księżyce nie mają czegoś podobnego do nich. ”
Odpowiedź na pierwsze pytanie okazała się dość interesująca. Najwyraźniej modele ujawniły, że szczeliny tworzące paski mogły powstać na każdym biegunie, po prostu najpierw powstały na biegunie południowym. Przyczyna ich istnienia wiąże się natomiast z interakcją Enceladusa z Saturnem i ekscentrycznością jego orbity.
Aby go rozbić, Enceladus zajmuje nieco ponad dzień (dokładnie 1,37), aby ukończyć pojedynczą orbitę Saturna. Ze względu na rezonans orbitalny w ruchu 2: 1, z sąsiednim Dione Enceladus doświadcza pewnej mimośrodowości na swojej orbicie (0,0047), przechodząc od 236,918 km (147 214 mil) w jej najbliższej odległości (periapsis) do 239 156 km (148 605 mil) ) w najdalszym punkcie (apoapsis).
Ta mimośrodowość powoduje, że Enceladus rozciąga się i wygina, powodując wewnętrzne ogrzewanie i aktywność geotermalną. Ten proces pozwala Enceladusowi utrzymać wewnętrzny ocean na granicy płaszcza-jądra. To właśnie na biegunach odczuwane są największe skutki deformacji indukowanej grawitacyjnie, co powoduje, że pokrywa lodowa jest tu cieńsza i tworzy się szczeliny.
Proces ten prowadzi również do okresów ochładzania, podczas których część podpowierzchniowego oceanu Enceladusa zamarznie. To rozmrożenie i zamrożenie spowoduje, że pokrywa lodowa pogrubi się i rozrzedzi od dołu, powodując zmiany ciśnienia, które prowadzą do pęknięć. Ponieważ pokrywa lodowa jest cieńsza na biegunach, jest najbardziej podatna na pękanie, co prowadzi do pasków tygrysa.
Wszystkie te cechy pochodzą od miast, które są zawarte w arabskim kompendium opowieści ludowych Arabskie noce: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus i Damaszek Sulcus. Zespół uważa, że szczelina Bagdadu Sulcusa powstała jako pierwsza i po tym nie zamarzła. To pozwoliło erupcji pióropuszów wodnych od wewnątrz, co ostatecznie spowodowało utworzenie trzech kolejnych równoległych szczelin.
Zasadniczo, po rozpyleniu pióropuszy wody z powierzchni Księżyca, ponownie zamarzłyby w kosmosie i zostałyby ponownie rozmieszczone jako śnieg na powierzchni. Gdy śnieg narastał wzdłuż krawędzi szczeliny Bagdadu, skumulowana masa stanowiła kolejne źródło nacisku na pokrywę lodową. Jak wyjaśnił Max Rudolph, nie tylko wyjaśnia to, jak powstały te szczeliny, ale także dlaczego biegną równolegle do siebie.
„Nasz model wyjaśnia regularne odstępy między pęknięciami” - powiedział. „To spowodowało, że pokrywa lodowa wygięła się na tyle, aby spowodować równoległe pęknięcie w odległości około 35 kilometrów [mi]”.
Ten sam mechanizm wyjaśnia, dlaczego szczeliny Enceladusa pozostają otwarte i wybuchają piórami wody. Oddziaływanie pływowe Księżyca z Saturnem prowadzi do stałego cyklu rozciągania i zginania. Zapobiega to zamykaniu szczelin i zapewnia regularne poszerzanie i zwężanie.
To, dlaczego dzieje się tak na Enceladusie, a nie na innych księżycach - takich jak Ganymede, Europa, Titan i innych „światach oceanów” - sprowadza się do wielkości. Większe księżyce mają silniejszą grawitację, która zapobiega pękaniu spowodowanym interakcjami pływowymi aż do wnętrza. Dlatego Enceladus jest jedynym znanym lodowym księżycem, na którym mogą wystąpić Paski Tygrysa. Jak scharakteryzował Hemingway:
„Ponieważ dzięki tym szczelinom udało nam się zbadać i zbadać podpowierzchniowy ocean Enceladusa, który jest ukochany przez astrobiologów, uważaliśmy, że ważne jest zrozumienie sił, które je utworzyły i podtrzymały. Nasze modelowanie efektów fizycznych, jakich doświadcza lodowa skorupa księżyca, wskazuje na potencjalnie unikalną sekwencję zdarzeń i procesów, które mogłyby pozwolić na istnienie tych charakterystycznych pasków ”.
W następnych dziesięcioleciach oczekuje się, że kolejna misja może zostać wysłana do systemu Saturn, aby zbadać Enceladusa bardziej szczegółowo. Już dane uzyskane przez Cassini potwierdził, że pióropusze wybuchające ze szczelin zawierają cząsteczki organiczne. Przyszłe misje będą próbowały ustalić, czy życie pozaziemskie istnieje również pod lodową powierzchnią Księżyca.
