Hatalmas óceánt találtak egy kis holdon

Az Enceladus jéggel és a jégmezőben kráterekkel borított felszíne, a déli pólus környékén a 2005-ben felfedezett „tigriscsíkokkal”

Érzékeny gravitációs mérésekkel megerősítették, hogy a Szaturnusz egyik kis holdjának, az Enceladusnak a jégkérge alatt hatalmas kiterjedésű, 8–10 km mély, folyékony vízből álló óceán terül el.

A Cassini űrszondával az elmúlt években végzett mérések most publikált eredménye szerint az Enceladuson a felszínt borító, 30–40 kilométer vastag jégkéreg alatt folyékony vízből álló óceán helyezkedik el. A kutatók pontosan mérték az Enceladus bonyolult (kvadrupól szerkezetű) gravitációs terét: figyelemreméltó aszimmetriát találtak a hold északi és déli félgömbje között. Elemzésük szerint a déli sarkvidéken a hold felszínén látható tömeg nem elegendő a megfigyelt gravitációs tér létrehozásához, ezért a felszín alatt valamilyen nagyobb sűrűségű anyagnak kell elhelyezkedni, valószínűleg folyékony víznek. A jégnél 7%-kal nagyobb sűrűségű víz jelenléte kézenfekvő magyarázatot ad a megfigyelt ún. negatív gravitációs anomáliára. A kutatók véleménye szerint a felszín alatti óceán a déli félgömb alatt koncentrálódik, és a déli pólustól legalább az 50 fok szélességig kiterjed, a vízréteg vastagsága, azaz az óceán mélysége elérheti a 8–10 kilométert. Ez a Földnél 25-ször kisebb Enceladus méretéhez képest igen jelentős. A kutatás vezetőjének nyilatkozata szerint az óceán esetleg globális, vagyis az egész holdra kiterjedő lehet, de ezt a mérések egyelőre sem megerősíteni, sem megcáfolni nem tudják.

A gravitációs mérésekből kiszámították a hold tehetetlenségi nyomatékát. Ennek értékéből arra következtettek, hogy az Enceladus differenciálódott belső szerkezetet mutat, a 2,4 g/cm³ sűrűségű kőzettestet a 30–40 km vastag jégkéreg veszi körül. A kettő közt helyezkedik el – globálisan vagy a déli sarkvidékre korlátozódóan – az óceán, amely közvetlenül érintkezik a kőzetekből, főként szilikátokból álló kéreggel, tehát a tengerfenék sziklás. Ez segít megmagyarázni azoknak az ásványi anyagokban gazdag vízgőzkilövelléseknek az eredetét, amelyeket a hold déli poláris vidékén a tigriscsíkoknak nevezett hosszú, jellegzetes törésvonalak mentén figyeltek meg. Ezeket a gejzíreket 2005-ben találták, amikor a Cassini először repült el az Enceladus közelében. Az óceán és a jégkéreg együttes vastagsága tehát közel 50 km, ami azt jelenti, hogy a hold térfogatának alig több mint a fele áll kőzetekből, csaknem a fele a folyékony, illetve fagyott víz.

Az Enceladus jéggel és a jégmezőben kráterekkel borított felszíne, a déli pólus környékén a 2005-ben felfedezett „tigriscsíkokkal” Forrás: NASA/JPL/Space Science Institute

A kutatók az eredményeikről a Science április 4-i számában számoltak be. A kutatásban olasz és amerikai csillagászok vettek részt. A csoport vezetője Luciano Iess (Sapienzia Egyetem, Róma), közreműködői a Bolognai Egyetem kutatói. Amerikai részről a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) munkatársai vettek részt a vizsgálatokban. Az Enceladus belső szerkezetének kutatása akkor vált fontossá, amikor az említett vízkilövelléseket felfedezték. Az Enceladus belsejéből az anyag a Szaturnusz által keltett árapályerők hatására préselődik ki. A mérések szerint az Enceladus jégkérge alatt annyi víz rejtőzhet, mint az észak-amerikai Felső-tóban, a Föld második legnagyobb tavában.

Hasonló gejzíreket nemrég a Jupiter Europa nevű holdján fedeztek fel. Ahogy az a felfedezés, az Enceladus óceánjairól szóló híradás is főként az asztrobiológusokat hozta lázba, akiknek a folyékony vízről azonnal a Földön kívüli élet lehetősége jut az eszükbe. Abban bíznak, hogy a tenger fenekén a víz és a szilikátok kölcsönhatása kellő mennyiségű energia jelenlétében bonyolult kémiai reakciókat eredményezhet.

A „tigriscsíkokból” vízgőz-gejzírek törnek ki a Szaturnusz árapályerőinek hatására Forrás: NASA/JPL-Caltech and Space Science Institute

A cikkükben ismertetett felfedezéshez 2010 áprilisa és 2012 májusa között gyűjtötték az adatokat, ebben az időszakban a Cassini háromszor is 50–100 km közötti távolságban repült el az Enceladus déli sarkvidéke fölött. Az Enceladus gravitációs terének szerkezetére és a hold belső tömegeloszlására, szerkezetére az űrszonda rádiójeleinek Doppler-eltolódásából következtettek, azaz nagyon pontosan megmérték, hogyan változik a szonda sebessége, miközben elrepült a hold közelében.

A méréseket a NASA mélyűri követőhálózatának nagy rádiótávcsöveivel végezték. Ezekkel követték a Cassini szonda mikrohullámú jeladójának sugárzását és figyelték a rádiójelek hullámhosszának parányi eltolódásait. Ebből a szonda sebességének, illetve pályájának a változásaira, abból pedig a pályaváltozást létrehozó gravitációs tér szerkezetére következtettek. Azért kellett a szonda és a hold nagyon közeli találkozásaira időzíteni a megfigyeléseket, mert ilyenkor döntően az Enceladus gravitációs tere határozza meg a Szaturnusz körüli mozgás pályájának apró változásait, torzulásait. A gravitációs tér viszont a hold belső szerkezetét tükrözi. A kutatók elmondták, hogy ez az egyetlen módszer, amellyel az égitestek belső szerkezetét a távolból tanulmányozni lehet. Ennél pontosabb mérésekre csak akkor lenne lehetőség, ha szeizmométereket helyeznének el az Enceladus felszínén, erről azonban belátható időn belül nem is álmodhatnak a tudósok.

A NASA mélyűri követőhálózatának egyik antennája. Ezzel és társaival követik a Cassini mozgását, az így kapott adatokból következtettek az Enceladus óceánjára és belső szerkezetére Forrás: NASA/JPL-Caltech

Az Enceladus a Szaturnusz közepes nagyságú holdjainak egyike, 500 km-es átmérőjével nagyságát tekintve hatodik a gyűrűs bolygó holdjai között. A Szaturnusz középpontjától sorrendben a 14. hold, amely 238 000 kilométerre kering a bolygótól, a halvány és ritka E-gyűrű belsejében. Keringése kötött, vagyis mindig ugyanazt az oldalát fordítja a Szaturnusz felé. Első közeli megfigyelését a két Voyager-szonda végezte az 1980-as évek elején. Azóta tudjuk, hogy felszínét jég borítja, rajta kráterekkel és hosszú repedésekkel. A Szaturnusz körül keringő Cassini szonda már több tucatszor elrepült az Enceladus mellett, néhány 100 km-nél is közelebb, máskor sok ezer km-re.

A Cassini-Huygens űrszonda-páros a NASA, az Európai Űrügynökség (ESA) és az Olasz Űrügynökség közös küldetése. 1997. október 15-én indult, 2004. július 1-jén állt Szaturnusz körüli pályára. Az ESA Huygens szondája 2005 januárjában sikeresen leszállt a Szaturnusz legnagyobb holdjára, a Titánra. A Cassini azóta folyamatosan vizsgálja a Szaturnuszt, kozmikus környezetét, gyűrűit és holdjait. Az elmúlt években többször megközelítette a bolygó kisebb holdjait is (Dione, Enceladus, Rhea). A Cassini küldetése 2017-ben, 20 évvel a startja után ér véget, amikor a megmaradt üzemanyagát felhasználva a Szaturnusz légkörébe irányítják. Egyelőre a szonda minden fedélzeti rendszere hibátlanul működik.

A szonda további felvételei többek közt itt tekinthetők meg, illetve a küldetés részleteiről bővebben a NASA és az ESA honlapjain egyaránt olvashatnak