Enceladus mestecă gheața • Alexander Sergeev • Stiri științifice despre "Elemente" • Astronomie

Enceladus mestecă gheață

Din noiembrie 2006, fiecare "bandă de tigru" de la polul sudic al Enceladus poartă numele său. De sus în jos: Alexandria, Cairo, Bagdad, Damasc. Fotografie din articolul discutat în Nature (V. 447. p. 292-294)

Planetaologii americani au prezentat o nouă ipoteză elaborată despre mecanismul de funcționare a vulcanilor de apă pe satelitul lui Saturn Enceladus. Modelele anterioare au necesitat prea multă energie și nu au explicat de ce activitatea vulcanică este observată doar pe o parte limitată a suprafeței satelitului.

Vopselele vulcanice pe Enceladus au fost descoperite de postul Cassini în 2005. Imaginile arată emisii de aburi și cristale de gheață, ridicându-se la o înălțime de 500 km deasupra suprafeței satelitului (adică, prin valoarea diametrului său). Parțial această substanță se întoarce pe suprafața Enceladusului, datorită căreia devine alb ca zăpada proaspăt căzută și parțial (cele mai mici particule) merge pentru a umple inelul exterior E al sistemului inelelor lui Saturn. Inițial, chiar din cauza existenței vulcanilor de apă, sa concluzionat că există o apă lichidă sub suprafața Enceladus. Cu toate acestea, fenomenul de erupție nu este explicat de o astfel de ipoteză. De asemenea, este necesar să se găsească sursa de energie și să se indice cauza localizării erupțiilor numai într-o regiune – lângă polul sudic al satelitului.

Regiunea polară sudică a Enceladus este cunoscută pentru un element neobișnuit al reliefului, care a primit numele informal de "dungi de tigru". Acestea sunt patru greșeli de aproximativ 130 km lungime, care se extind în paralel la o distanță de aproximativ 30 km una de alta. Lățimea fiecărei benzi este de 2 km, adâncimea este de 500 m, înălțimea zidurilor de avarie deasupra planetei este de 100 m. În noiembrie 2006, American Geological Survey (USGS) le-a atribuit nume proprii: Alexandria, Cairo, Bagdad și Damasc. Emisiile de apă observate la Enceladus sunt asociate cu aceste erori. Măsurătorile arată că în această regiune temperatura este crescută în comparație cu restul suprafeței satelitului (care este de aproximativ -200 ° C sau 73 Kelvin) cu o medie de 10 și în unele locuri cu 70 de grade. Cu toate acestea, până în prezent, nu a fost propusă o explicație satisfăcătoare a mecanismului acestor emisii.

Datorită elipticității mici a orbitei, Enceladus, care se mișcă în jurul lui Saturn, se dovedește a fi mai aproape și mai îndepărtat de el. Conform celei de-a doua legi a lui Kepler, cu cât un satelit este mai aproape de planeta sa, cu atât mai repede se învârte în jurul său pe orbită. Viteza de rotație a Enceladus în jurul axei sale este constantă.Ca urmare a impunerii acestor două mișcări, forțele de maree care acționează asupra satelitului își deformează suprafața în una sau în cealaltă direcție. Amplitudinea acestor deformări oscilează în jurul unui anumit punct fix (indicat de o cruce roșie, o cruce roz este un punct de pe partea opusă a satelitului). Fig. de la articol la natură (V. 447. P. 276-277)

Majoritatea cercetătorilor au fost de acord că sursa de energie pentru erupții este încălzirea mareelor ​​din interiorul satelitului. La fel ca toți sateliții apropiați de planete, perioadele de circulație ale Enceladus în jurul axei sale și în jurul lui Saturn coincid. Satelitul este întotdeauna întors pe planetă pe o parte și are o formă ușor alungită în această direcție. Cu toate acestea, datorită elipticității mici a orbitei (excentricitatea 0,047), Enceladus, care se deplasează în jurul lui Saturn, are fluctuații asemănătoare cu librațiile Lunii: în pericenter, rotația se află în spatele mișcării orbitale, iar în apocenter, dimpotrivă, înainte. Din cauza acestor librații, forțele de maree care acționează asupra satelitului se modifică periodic, provocând deformări. Amplitudinea maximă a acestora este estimată la aproximativ 5 metri, iar datorită fricțiunii în timpul deformărilor, incintele satelitului sunt încălzite.

Această diagramă arată clar modul în care temperatura (în Kelvin) se modifică în jurul crack-ului (model). Temperatura suprafeței Enceladus (în absența încălzirii interne) este de 75 Kelvin (minus 198 ° C). Legendă: Defecțiune – defecțiune, zonă de forfecare – zonă de straturi de forfecare, straturi fragile, fragmente ductile – elastice; Distanta – distanta (in km), adancimea (in km). Fig. din articolul discutat în Nature (V. 447, p. 289-291)

Un astfel de mecanism asigură încălzirea satelitului lui Jupiter Io, datorită căruia funcționează mulți vulcani. Cu toate acestea, diametrul Enceladus (499 km) este mult mai mic decât cel al lui Io, iar energia eliberată în el cu o distribuție uniformă pe întregul volum nu ar fi suficientă pentru a menține erupțiile. În două articole publicate în jurnal natură, este prezentată o ipoteză care explică modul în care energia deformărilor de maree este localizată în regiunea defectelor polare ale lui Enceladus.

Autorii consideră că sursa de căldură a erupțiilor cauzate de deformările de maree este sursa de energie, dar atribuie această eliberare a energiei nu la frecare vâscoasă în profunzimea satelitului, ci la frecare uscată a marginilor plăcilor de gheață care formează crusta Enceladus. Potrivit calculelor lor, amplitudinea relativă a mișcărilor marginilor defectelor pentru o rotație a satelitului în jurul lui Saturn este de aproximativ 50 cm. Mai mult decât atât, există ambele mișcări perpendiculare pe axa defectului și cele paralele.Primele dintre ele provoacă deschiderea și închiderea periodică a fisurilor, iar cele de-a doua cauzează frecarea reciprocă a pereților, în timpul căreia gheața este încălzită și sublimată. Cel mai probabil, nu se formează apă lichidă, deoarece temperatura și presiunea nu sunt suficiente pentru acest lucru, deși este imposibil să se excludă complet apariția sa în anumite etape ale procesului.

Alternarea compresiei / tensiunii în defecțiune în timpul ciclului orbital (model). Fig. din articolul în discuție în Nature (V. 447. P. 292-294)

Calculele arată că se obține o eliberare suficientă de energie atunci când crusta de gheață are o grosime de cel puțin 5 km, iar ciclul de activitate al vulcanilor gheață este oarecum similar cu mișcarea dinților când mestec mâncarea. Aproximativ un sfert de tură înainte ca Enceladus să se apropie de pericolul orbitei, defectele apropiate și presiunea din interiorul lor, cauzată de forțele de maree, poate ajunge într-o atmosferă. Emisiile, în același timp, desigur, slăbesc. Apoi, în apropierea pericenterului și după el, o schimbare în orientarea satelitului față de Saturn determină o deplasare longitudinală a pereților unul față de celălalt. În acest moment, eliberarea de energie datorată frecării devine maximă. Cu toate acestea, potrivit autorilor lucrării, doar 10% din această energie este folosită pentru a încălzi câmpurile de gheață, restul fiind cheltuit pentru sublimarea gheții de pe pereții fisurilor.Vaporii care rezultă scurgeri spre partea de sus și în cea mai mare parte condensează în apropierea suprafeței, încălzind simultan pereții crăpăturilor. Continuarea mișcării pe orbită duce la faptul că forțele de maree care acționează perpendicular pe semnul schimbării crăpăturilor, defectele deschise și vaporii recent condensați se află într-un vid deschis. În astfel de condiții, condensul depus pe pereții încălziți din nou începe să se evaporă rapid, generând emisii observate. În spatele apocenterului, defectele încep să se închidă treptat, iar ciclul se repetă.

Un avantaj important și o diferență a noului model față de cele anterioare este că nu necesită încălzirea gheții până la punctul de topire, ceea ce este dificil de realizat cu energie relativ scăzută a proceselor de la Enceladus. Dar, în același timp, este interesant faptul că ipoteza de frecare a plăcilor de gheață nu înseamnă deloc abandonarea presupusei existențe a oceanului sub suprafața lui Enceladus. Doar un "lubrifiant" lichid face ca plăcile să fie suficient de mobile pentru a asigura intensitatea necesară de frecare. Dacă câmpurile de gheață se află direct pe suprafața solidă de piatră a nucleului prin satelit, mișcările reciproce ar fi nesemnificative.Și în prezența oceanelor lichide, o parte semnificativă a energiei deformărilor de maree este concentrată în regiunea defectelor și nu este disipată pe întreaga suprafață a satelitului. Existența apei lichide în adâncurile Enceladus este foarte posibilă, deoarece atât presiunea cât și temperatura cresc cu adâncimea. În special, temperatura ar trebui să ajungă la aproximativ 0 ° C la o adâncime de 25-30 km.

Dacă ipoteza este corectă, atunci activitatea vulcanilor ghețari de la Enceladus trebuie observată ciclic, care coincide cu perioada orbitală a satelitului. Cu toate acestea, testarea acestei predicții nu este atât de ușoară. În 2006, stația Cassini a observat de trei ori regiunea polară sudică a Enceladus – în ianuarie, februarie și noiembrie. La prima abordare, satelitul a trecut o optime de orbită după apocenter, iar defectele au fost în proces de închidere. Potrivit autorilor, au rămas deschise pentru 46% din lungimea totală și au fost complet închise – cu 11%. Observațiile din noiembrie au găsit satelitul la apocentrul însuși și, potrivit calculelor, fisurile ar fi trebuit să rămână deschise pentru 82% din lungimea sa. În concordanță cu modelul, depășirea în acest moment a fost observată la aproape toate punctele de avarie.

Seria de observații din februarie a avut loc în momentul în care Enceladus se afla pe drumul spre periceneratorul orbitei, iar majoritatea defectelor trebuiau să se închidă. Aceste date ar fi putut avea o importanță deosebită pentru verificarea modelului, dar, din păcate, la acea dată, stația se afla într-o poziție nefericită în raport cu satelitul, iar valorile extreme erau puțin vizibile. O serie de observații, făcute la 24 aprilie 2007, ar trebui să completeze acest decalaj. Cu toate acestea, în timp ce NASA nu a publicat rezultatele obținute în această zi.

surse:
1) F. Nimmo, J. R. Spencer, R. T. Pappalardo, M. E. Mullen. Încălzirea prin forfecare și fluxul de căldură pe Enceladus // natură. 2007. V. 447. P. 289-291.
2) T. A. Hurford, P. Helfenstein, G. V. Hoppa, R. Greenberg, B. G. Bills. Erupții provocate de deschideri periodice controlate tardiv pe Enceladus // natură. 2007. V. 447. P. 292-294.

Alexander Sergeev

Vezi și:
1) Enceladus are o "atmosferă dinamică", "Elemente", 03.08.2005.
2) Fântâni bate pe Enceladus, "Elemente", 03.09.2005.
3) Enceladus – candidat la căutarea vieții extraterestre, "Elemente", 07/07/2005.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: