Az Enceladus gejzírkitöréseinek oka

2006.12.21. 10:05

Két új modell szerint az Enceladus gejzírjei nem feltétlenül felszín alatti folyékony víztől törnek ki.

Mint arról korábbi cikkünkben beszámoltunk, a Szaturnusz Enceladus nevű holdjának déli sarkvidékén a környezeténél melegebb és fiatalabb terület található. Az itt lévő repedésekből 100 kilométernél is magasabbra jutó anyagsugarak törnek ki - a jelenséget megjelenése alapján gejzíraktivitásnak nevezte el néhány szakember.

A kitöréseket eddig a bolygó belsejében az árapályfűtéstől felszabadult hővel magyarázták. Eszerint az árapályerőktől periodikusan eltorzuló hold felszíne alatt a jég folyékony vízzé olvad. Ez utat talál a felszín közelébe, és a világűr vákuumával érintkezve kitör, avagy az általa felmelegített és felette lévő jégtakaró teteje szublimál hevesen.

John Cooper (NASA GSFC) és kollégái egy alternatív modellt dolgoztak ki. Eszerint első lépésben a felszínt bombázó kozmikus sugarak a jeget alkotó vízmolekulákból szabad oxigént állítanak elő. Ez részben eltávozhat a holdról, és hozzájárulhat az Enceladus térségében, illetve a bolygó körül lévő oxigén mennyiségéhez. A Szaturnusz körül keringő Cassini űrszonda ultraibolya spektrométere először 2003 decemberében azonosított oxigént a Szaturnusznál, akkor még a bolygó légkörében. 2004 januárjában az E-gyűrű térségében akadtak további atomos oxigénre, amelynek mennyisége néhány hónap alatt drasztikusan lecsökkent. 2005 júliusában pedig az Enceladus közelében sikerült az atomos oxigén nyomára akadni a spektorméterrel.

A hold gejzírjeinek kitöréséhez két feltételnek kell teljesülni az új modellben. Egyrészt az oxigénmolekuláknak valahogyan le kell jutniuk az égitest belsejébe, majd ezután itt ammónia-molekulákkal kell találkozniuk. Ha erre sor kerül, akkor reagálnak egymással, és az ammónia égése jelentős energiafelszabadulással jár, és robbanást, kitörést eredményez.

Ammóniát azonban eddig nem azonosítottak az Enceladusnál - ugyanakkor más holdak megfigyelései, és főleg az elméleti modellek alapján elképzelhető, hogy itt is előfordul. A Cassini révén az Enceladus térségében detektált kozmikus sugarak fluxusa elméletileg elegendő a kitörésekhez szükséges mennyiségű szabad oxigén legyártására és felszabadítására. Nagy kérdés, hogy a felszínen képződött oxigén miként jut le a felszín alá, erre ugyanis egyelőre nincs magyarázat.

Bár az alternatív modell érdekes és elméletileg működhet a fent vázolt folyamat, sok mindent nem magyaráz meg. Egyrészt a Szaturnusz más holdjainál, ahol szintén bombázzák a részecskék a felszínt, hasonló gejzírszerű jelenség nem mutatkozott. Emellett az Enceladuson is a felszín egy szűkebb részéhez kapcsolódott csak az aktivitás, a déli pólus közelében - amely inkább belső eredetű jelenségre utal.

Egy másik alternatív teória abból indul ki, hogy a kirepülő anyagsugarakban közel 10%-ban gáz halmazállapotú szén-dioxid, nitrogén és metán is mutatkozott. Ezek közül a nitrogén és a metán rosszul oldódik a vízben - ellenben előszeretettel épül be a szilárd halmazállapotú jégbe. Az így keletkező anyagokat klatrátnak nevezik, amelyekben a H2O molekulák alkotta rácsszerkezet üregeiben találhatók a gázmolekulák, esetünkben például a metán vagy a nitrogén.

Ha az ilyen szilárd klatrát alkotta jeges anyag vákuummal érintkezik, a rácsszerkezetbe beszorított gázmolekulák kiszabadulhatnak. Miközben gyorsan eltávoznak, a vízjeget szétszaggatva abból is kirepíthetnek szilánkokat, látványos kitörési sugarakat létrehozva. Susan Kieffer (University of Illinois, Urbana-Champaign) és kollégái szerint az Enceladus aktív déli sarkvidékén a felszíni jégtakaró alatt ilyen klatrátok lehetnek.

A modell előnye, hogy a kitöréshez nem kell a folyékony víz fenntartásához szükséges magas hőmérséklet, hanem annál 80-100 fokkal hidegebb is elég. A klatrát a Tigriskarmolásoknak nevezett déli törések mentén a felszín alatt is érintkezhet a vákuummal, és ennek megfelelően hevesen szabadulhat fel. A kirepülő gáz kisebb szemcséket ragadhat magával közvetlenül a jégből. Emellett a távozó H2O molekulák egy része kifagy a törések falán, majd az ott keletkező jég bevonatból a molekulák ismét elszublimálhatnak, további H2O-t juttatva a gázáramlásba.

A töréseket folyamatos tektonikus felszültség alakíthatja, amely a repedéseket fenntartva biztosítja, hogy a vákuummal érintkezzen a felszín alatti klatrát. A szakemberek angol nyelven tréfásan Cold Faithfulnak, azaz Hideg Hűségesnek is elnevezték a hold gejzír jellegű kitöréseit, az angolul hasonlóan hangzó, híres Old Faithful, azaz Öreg Hűséges nyomán. Durva becslés alapján ugyanis a földi és az Enceladuson lévő képződmény nagyságrendileg hasonló mennyiségű anyagot pöfékel ki adott időegység alatt.

Kereszturi Ákos

KAPCSOLÓDÓ CIKK