Энцелад, шестой по размеру спутник Сатурна, покрыт ледяной оболочкой, под которой скрывается глобальный океан. Гейзеры выбрасывают вещество из него в космос через трещины в районе южного полюса. Благодаря этому ученые имеют возможность исследовать состав океана Энцелада без посадки на него и бурения многокилометровых скважин. Новая работа, опубликованная в журнале Science Advances, предлагает объяснение необычного химического разнообразия ледяных частиц в выбросах Энцелада и описывает процессы, происходящие с океанической водой на ее пути к поверхности.

Основой исследования стали данные анализатора космической пыли автоматической межпланетной станции «Кассини». Она несколько раз пролетела через шлейфы выбросов с Энцелада, а также неоднократно изучала ледяные частицы в кольце E Сатурна, которое, как полагают астрономы, постоянно пополняется выбросами воды с Энцелада.

Ученые повторно проанализировали 961 спектр богатых солями частиц. Оказалось, что их состав сильно различается: одни содержат повышенное количество хлорида натрия, другие – карбонатов, фосфатов или хлорида калия. Особенно заметным оказалось разделение хлоридов и карбонатов: эти группы редко встречались в одной частице, богатой натрием. Такие наблюдения плохо согласуются с предположением о том, что все частицы льда замерзают из воды одного и того же океана.

Чтобы объяснить происхождение различий, ученые воспроизвели предполагаемый солевой состав океана Энцелада в лаборатории. Они замораживали капли разного размера с различной скоростью. В каплях диаметром около 200 мкм при сравнительно медленном охлаждении (примерно на 10 градусов в минуту или медленнее) соли постепенно концентрировались в разных участках замерзающей капли, а при быстром охлаждении химический состав оставался значительно более однородным.

На основании этого эксперимента была предложена многоступенчатая схема движения воды из подповерхностного океана в космос. В узких трещинах образуются капли размером от десятков до сотен мкм. Они поднимаются относительно медленно и постепенно замерзают, причем различные соли разделяются внутри формирующихся частиц льда, как это происходило в лаборатории. Ближе к поверхности поток газа ускоряется, замерзшие капли сталкиваются со стенками сужающихся ледяных каналов и дробятся. Каждый получившийся фрагмент содержит преимущественно тот участок исходной капли, из которого он образовался, поэтому выброшенные в космос микроскопические зерна могут сильно отличаться друг от друга по составу.

Такая модель означает, что вода движется через ледяную оболочку Энцелада сложнее и медленнее, чем предполагалось в сценариях быстрого замерзания океанских брызг непосредственно перед выбросом. Замерзание и дробление естественным образом разделяют соли и органические вещества между разными частицами, повышая концентрацию отдельных соединений. В дальнейшем это упростит изучение частиц автоматическими аппаратами.

Медленное замерзание может иметь значение и для оценки потенциальной обитаемости Энцелада. Одной из проблем пребиотической химии является вопрос объединения первоначально сильно разбавленных органических молекул. Ученые полагают, что между растущими кристаллами льда в трещинах Энцелада способны сохраняться небольшие карманы концентрированного рассола, где накапливаются соли и органические соединения в высокой концентрации.

• Вперёд >