I den pågående strävan att låsa upp Saturnus hemligheter och dess månsystem, har några riktigt fascinerande och respektingivande saker upptäckts. Förutom saker som metansjöar och propanrika atmosfärer ( Titan ) till månar som liknar Dödsstjärnan ( mimar ), blir det också mycket tydligt att planeten bortom jorden kan hysa inre hav och till och med utomjordiska organismer.
Ingenstans är detta mer uppenbart än på Enceladus, Saturnus sjätte största måne, som också har några av de mest intressanta egenskaperna i det yttre solsystemet. Dessa inkluderar långa ådror av blå is som liknar ränder, för att inte tala om fantastiska plymer av vattenis som periodvis har setts spränga ut från månens sydpol. Dessa ökar i sin tur möjligheten för flytande vatten under ytan, och möjligen till och med liv!
Upptäckt och namngivning:
Enceladus upptäcktes 1789 av William Herschel och är uppkallad efter en av jättarna i den grekiska mytologin. Faktum är att alla Saturnus stora månar är uppkallade efter titanerna, som William Herschels son, John Herschel, föreslog. Han valde dessa namn eftersom Saturnus (känd i grekisk mytologi som Kronos) var fadern till titanerna.
Däremot, i enlighet med IAU:s namnkonventioner för Enceladus, är funktioner uppkallade efter karaktärer och platser från den klassiska berättelsenTusen och en natt(aka.arabiska nätter).Slagkratrar är uppkallade efter karaktärer, medan andra karaktärstyper – såsom fossae (långa, smala fördjupningar), dorsa (åsar), planitia (slätter) och sulci (långa parallella räfflor), är uppkallade efter platser.
Storleksjämförelse mellan den kroniska månen Enceladus, månen och jorden. Kredit: NASA/JPL-Caltech/Tom Reding
Storlek, massa och omloppsbana:
Med en medelradie på 252 km motsvarar Enceladus i storlek 0,0395 jordar (eller 0,1451 månar). Men med en massa på 1,08 × 10tjugokg, den är bara 0,000018 lika massiv. Planeten har en mycket liten excentricitet (0,0047) och kretsar kring Saturnus på ett medelavstånd (halvhuvudaxel) på 237 948 km, mellan Mimas och Tethys omloppsbanor.
Enceladus tar 32,9 timmar (1,37 dagar) att slutföra en enda omloppsbana runt Saturnus, och befinner sig för närvarande i en 2:1 medelrörelse-orbital resonans med Dione; vilket betyder att den fullbordar två Saturnus omlopp för varje omlopp som Dione fullbordar. Denna forcerade resonans är det som upprätthåller Enceladus orbitala excentricitet och resulterar i tidvattendeformation, och den resulterande värmeavledningen är den huvudsakliga värmekällan för Enceladus geologiska aktivitet.
Liksom de flesta av de större naturliga satelliterna i Saturnus, roterar Enceladus synkront med sin omloppsperiod och håller en yta riktad mot Saturnus. Planeten upplever också påtvingad frigöring, där den verkar svänga i förhållande till Saturnus andra månar - vilket också kan förse Enceladus med en intern värmekälla.
Komposition och ytegenskaper:
Enceladus har en densitet på 1,61 g/cm³, vilket är högre än Saturnus andra medelstora, isiga satelliter, vilket tyder på en sammansättning som innehåller en större andel silikater och järn. Det tros också vara till stor del differentierad mellan en geologiskt aktiv kärna och en isig mantel, med ett flytande vattenhav inbäddat mellan.
Tyngdkraftsmätningar från NASA:s rymdfarkoster Cassini och Deep Space Network tyder på att Saturnus måne Enceladus hyser ett stort inre hav under sin sydpol.Kreditera:NASA/JPL-Caltech
Förekomsten av detta hav med flytande vatten har varit föremål för vetenskaplig debatt sedan 2005, då forskare först observerade plymer som innehåller vattenånga spyr från Enceladus sydpolära yta. Dessa jetstrålar kan avge 250 kg vattenånga varje sekund i hastigheter på upp till 2 189 km/h (1 360 mph) och nå 500 km ut i rymden.
2006 fastställdes det att Enceladus plymer är källan till Saturnus E-ring och fylla på den aktivt . Enligt mätningar gjorda av Cassini-Huygens sond, dessa utsläpp består till största delen av vattenånga, såväl som mindre komponenter som molekylärt kväve, metan och koldioxid. Ytterligare observationer noterade närvaron av enkla kolväten som metan, propan, acetylen och formaldehyd.
Den kombinerade analysen av avbildning, masspektrometri och magnetosfäriska data tyder på att den observerade sydpolära plymen kommer från trycksatta underjordiska kamrar. Intensiteten av utbrotten varierar avsevärt på grund av förändringar i Enceladus omloppsbana. I grund och botten är plymerna ungefär fyra gånger ljusare när Enceladus är vid apoapsis (längst bort från Saturnus), vilket stämmer överens med geofysiska beräkningar som förutspår att de sydpolära sprickorna kommer att vara under mindre kompression och därmed öppna dem bredare.
Förekomsten av vatten under ytan bekräftades tack vare bevis som tillhandahållits avCassiniuppdraget 2014. Detta inkluderade gravitationsmätningar som erhölls under förbiflygningarna 2010-2012, som bekräftade förekomsten av en sydpolar underjordiskt hav av flytande vatten inom Enceladus med en tjocklek på cirka 10 km.
Konstnärs återgivning av möjlig hydrotermisk aktivitet som kan pågå på och under Enceladus havsbotten. Kredit: NASA/JPL
Dessutom, under 14 juli 2005 förbi , upptäckte Cassini-sonden också närvaron av flyktig inre värme i den södra polarregionen. Dessa temperaturer var för höga för att kunna tillskrivas solvärme, och i kombination med gejseraktiviteten verkade det tyda på att planetens inre fortfarande är geologiskt aktivt.
Ytterligare studier från mätningar av Enceladus frigöring när den kretsar kring Saturnus tyder starkt på att hela den isiga skorpan är lossad från den steniga kärnan, vilket skulle innebära att havet under dess yta är planetomfattande. Mängden libration antyder att detta globala hav är cirka 26 till 31 kilometer djupt (jämfört med jordens genomsnittliga havsdjup på 3,7 kilometer).
Observationer av Enceladus yta har avslöjat fem typer av terräng - kraterartad terräng, slät (ung) terräng, kantad terräng (ofta på gränsen till släta områden), linjära sprickor, bränder, dalar och räfflor. Undersökningar av kraterrik terräng, släta slätter och andra särdrag indikerar en nivå av återuppbyggnad som tyder på att tektoniken är en viktig faktor i Enceladus geologiska historia.
Senaste observationer avCassinihar gett en närmare titt på kraterfördelningen och storleken. Dessa funktioner har döpts av IAU efter karaktärer och platser från Burtons översättning avBoken om tusen och en natt– det vill säga Shahrazad-kratern, Diyar-slätten, Anbar-sänkan.
Konstnärsintryck av utsikten över Saturnus från Enceladus, med gejsrar som bryter ut till höger i förgrunden. Kredit: Michael Carroll
De släta slätterna domineras av färsk ren is, vilket ger Enceladus vad som möjligen är den mest reflekterande ytan i solsystemet (med en visuell geometrisk albedo på 1,38). Dessa områden har få kratrar, vilket tyder på att de sannolikt är yngre än några hundra miljoner år gamla. Dessutom är den relativa ungdomligheten i dessa regioner en indikation på att kryovulkanism och andra processer förnyar aktivt ytan.
Den äldre terrängen är inte bara kraterad, utan många sprickor har också observerats – vilket tyder på att ytan har varit föremål för omfattande deformation sedan kratrarna bildades. Vissa områden visar regioner utan kratrar, vilket indikerar stora återuppbyggnadshändelser i det geologiskt senaste förflutna. Sprickorna, slätterna, korrugerad terräng och andra jordskorpdeformationer indikerar också att Enceladus är geologiskt aktiv.
En av de mer dramatiska typerna av tektoniska särdrag som finns på Enceladus är dess klyftor. Dessa kanjoner kan vara upp till 200 km långa, 5–10 km breda och 1 km djupa. Sådana drag är geologiskt unga, eftersom de skär över andra tektoniska drag och har skarp topografisk relief med framträdande hällar längs klipporna.
Bevis på tektonik på Enceladus härrör också från räfflade terräng, bestående av banor med krökta formationer och åsar som ofta skiljer släta slätter från kraterområden. Djupa sprickor är en annan, som ofta finns i band som skär över kraterartad terräng, och som troligen påverkades av bildandet av försvagade regoliter som produceras av nedslagskratrar.
Enceladus, som visar den berömda 'Tiger Stripes'-funktionen - en serie sprickor bundna på båda sidor av färgglad is. Kredit: NASA/JPL/Space Science Institute
Linjära räfflor kan också ses skära över andra terrängtyper, som räfflor och åsbälten. Liksom de djupa sprickorna är de bland de yngsta inslagen på Enceladus. Vissa linjära spår har dock mjukats upp som kratrarna i närheten, vilket tyder på att de är äldre. Åsar har också observerats på Enceladus, även om de är relativt begränsade i omfattning och är upp till en kilometer höga.
Andra intressanta funktioner inkluderar ' Tigerränder “: en serie sprickor som på vardera sidan avgränsas av åsar i södra polarområdet som är omgivna av mintgrönfärgad, grovkornig vattenis. Dessa sprickor verkar vara de yngsta egenskaperna i denna region, och i kombination med en brist på nedslagskratrar i detta område, är ytterligare bevis på geologisk aktivitet.
Atmosfär:
Saturnus måne Enceladus har en atmosfär som är större än alla andra i solsystemet, med undantag för Titan . Atmosfärens källa tillskrivs den periodiska kryovulkanismen, som leder till att gaser och ånga strömmar ut från ytan eller insidan. Bevis på en svag atmosfär kom från magnetometeravläsningar frånCassinisin undersökning 2005.
Detta bestod av en ökad detektering av kraften hos joncyklotronvågor, som produceras av växelverkan mellan joniserade partiklar och magnetfält. Under de kommande två mötena fastställde magnetometerteamet att gaserna i Enceladus atmosfär är koncentrerade över den södra polarregionen, med den atmosfäriska tätheten borta från polen mycket lägre.
Vattenånga gejsrar som bryter ut från Enceladus sydpol. Kredit: NASA/JPL
Ungefär som innehållet i jetplymerna består denna atmosfär främst av vattenånga (91 %), men visar också tecken på mindre komponenter som molekylärt kväve (4 %) och koldioxid (3,2 %). Det har också funnits bevis på enkla kolväten, som tar formen av metan (1,7%) samt spårmängder av propan, acetylen och formaldehyd.
Bebyggelse:
Ända sedan upptäckten av Enceladus gejsrar och bevis som tydde på ett inre hav, har forskare spekulerat om möjligheten att det finns liv på Enceladus. Eftersom den reflekterar så mycket solljus når den genomsnittliga yttemperaturen vid middagstid bara -198 °C, vilket gör den något kallare än andra Cronian-satelliter. Men inom kärnan finns flera indikationer på liv.
Dess resonans med Dione stimulerar dess orbitala excentricitet, vilket tidvattenkrafter fukt, vilket resulterar i tidvattenuppvärmning av dess inre. Detta ger en möjlig förklaring till dess geologiska aktivitet och antyder också att dess inre hav är varmare närmare kärnan. Dessutom har geologiska modeller indikerat att den stora steniga kärnan är porös, vilket gör att vatten kan strömma genom den för att ta upp värme.
TILL modell av Enceladus hav skapad av Christopher R. Glein et al. (2015) föreslår att den har ett alkaliskt pH på 11 till 12. Detta höga pH (alkaliska) tolkas vara en konsekvens av serpentinisering av kondritisk bergart, vilket leder till generering av molekylärt väte (H²). Denna geokemiska energikälla kan metaboliseras av metanogenmikrober för att ge energi för livet.
Närvaron av ett inre salt hav med en energikälla och enkla organiska föreningar är alla starka indikationer på att mikrober kan existera närmare kärnan, där vattnet är varmt och livets grundläggande byggstenar finns.
Utforskning:
Även om den först upptäcktes i slutet av 1700-talet, visste astronomer inte mycket om denna måne på många århundraden. Det var inte förrän det första gången besöktes i en serie förbiflygningar av NASA:s två Att resa rymdfarkoster på 1980-talet att vissa saker började bli uppenbara om Enceladus.
Konstnärens intryck av att Voyager 1 når Saturnus och dess månsystem. Bildkredit: NASA/JPL – Caltech
Till att börja medAtt resaUppdrag visade att planeten har en diameter på endast 500 km (310 miles), vilket gör den mindre än en tiondel av diametern på Saturnus största måne Titan. De noterade också att det mesta av ytan är täckt av färsk, ren is; ger den ett rent, snövitt utseende som också drar till sig nära 100 % av solljuset som träffar dess yta.
DeAtt resa1Uppdraget bekräftade också att Enceladus var inbäddad i den tätaste delen av Saturnus diffusa E-ring. I kombination med ytans skenbara ungdomliga utseende,Att resaforskare föreslog att E-ringen bestod av partiklar ventilerade från Enceladus yta. DeReser 2mission gav bättre fotografier än sin föregångare, vilket bekräftar närvaron av en ungdomlig yta, men också andra funktioner.
År 2005,Cassinirymdfarkoster började utföra flera nära förbiflygningar av Enceladus och avslöjade dess yta och miljö mer detaljerat. Särskilt,Cassiniupptäckte de vattenrika plymer som ventilerade från sydpolområdet Enceladus, vilket blev föremål för mycket forskning och spekulationer.
Cassinihar gett starka bevis för att Enceladus har ett hav med en energikälla, näringsämnen och organiska molekyler, vilket gör Enceladus till en av de bästa platserna för studier av potentiellt beboeliga miljöer för utomjordiskt liv.Däremot troddes vattnet vara på Jupiters måne Europa ligger under ett mycket tjockare lager av is.
En konstnärsillustration av rymdskeppet Cassini. Bildkredit: NASA/JPL
Cassini's senaste förbiflygning ägde rum den 14 oktober 2015 och passerade månen på en höjd av 1 839 kilometer (1 142 miles) över den norra polarregionen. Det här var första gången detCassinihade kunnat observera det norra polarområdet, på grund av att den norra regionen vid alla tidigare tillfällen upplevde sin vintercykel och dold av mörker.
Cassinis instrument tog bilder av flera ytegenskaper, inklusive kratrar (av vilka många ser ut som att de smälter), frakturer och rynkor. De senare egenskaperna tros vara en indikation på att månens rotationshastighet har förändrats, vilket kan vara ytterligare en indikation på att ytan har genomgått flera episoder av geologisk aktivitet under stora delar av sin livstid.
UpptäcktenaCassinihar gjort på Enceladus har föranlett studier av uppföljande uppdragskoncept. 2013 föreslog NASA en ev prov-returuppdrag till Enceladus som skulle involvera en billig orbiter. Detta uppdrag skulle starta under 2020-talet och pågå i 15 år.
Ett annat förslag på en förbiflygning av sond, känd som Resan till Enceladus och Titan (JET) skulle analysera plymens innehållpå plats.Uppdraget, som föreslogs som svar på NASA:s 2010 Discovery Announcement of Opportunity, skulle involvera en orbiter som genomför högupplösta masspektroskopiska undersökningar av Enceladus och Titan och bedömer dem för biologisk potential.
De German Aerospace Center har också föreslagit att studera beboeligheten av Enceladus underjordiska hav med hjälp av en Enceladus Explorer , och två astrobiologi-orienterade uppdragskoncept (den Enceladus Life Finder och Livsutredning för Enceladus ). 2007 föreslog European Space Agency (ESA) att en sond skulle skickas till Enceladus i ett uppdrag som skulle kombineras med studier av Titan – känd som Tandem (Titan och Enceladus Mission).
Dessutom finns det Titan Saturn System Mission (TSSM), ett gemensamt NASA/ESA flaggskeppsförslag att utforska Saturnus månar (med fokus på Enceladus).TSSMtävlade mot Europa Jupiter System Mission (EJSM) förslag till finansiering. I februari 2009 tillkännagavs att NASA/ESA hade gettEJSMuppdraget prioriteras föreTSSM, fastänTSSMkommer att fortsätta att studeras och utvärderas.
Enceladus är ett frestande mål för framtida forskning och utforskning, och av goda skäl. Till att börja med är det en av de få solsystemets kroppar (tillsammans med jorden, Io och Triton ) att ha bekräftat samtida vulkanisk aktivitet. För det andra är den distinkta möjligheten att liv existerar under dess isiga yta, ungefär som Europa. Men med Enceladus skulle det vara mycket lättare att komma till en plats där vi kunde studera det livet.
Som sådan är det nästan säkert att alla uppdrag till Saturnus och/eller det yttre solsystemet under de kommande åren sannolikt kommer att innebära en nära förbiflygning av Enceladus. Kanske kommer vi till och med att dyka in en landare och en vattenlevande upptäcktsresande för att undersöka ytan och toppa under den!
Vi har skrivit många artiklar om Enceladus for Universe Today. Här är en artikel om salt som finns i plymer från Enceladus , och den möjligheten av ett flytande hav på Enceladus .
Och här är en sammanfattning av Cassinis mest intressanta upptäckter .
Om du vill ha mer information om Enceladus, kolla in NASA:s Solar System Exploration Guide , och här är en länk till en cool mosaikbild av Enceladus .
Vi har spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast som handlar om Saturnus månar. Lyssna nu, Avsnitt 61: Saturnus månar .
Källor:
