Химическое разнообразие ледяных частиц, выбрасываемых Энцеладом в космос, может объясняться медленным замерзанием крупных капель океанской воды внутри ледяной коры. К такому выводу пришла международная группа исследователей, включая специалистов Института наук о Земле и жизни Токийского технологического института. Результаты помогают понять, как вода из подповерхностного океана превращается в частицы, пополняющие кольцо Сатурна.
Энцелад покрыт ледяной оболочкой, под которой находится глобальный океан. В районе южного полюса трещины в коре выбрасывают в космос водяной пар и ледяные частицы, благодаря чему ученые могут изучать состав океана без бурения многокилометрового слоя льда. Для анализа использовали данные аппарата NASA Cassini, работавшего у Сатурна с 2004 по 2017 год.
Научная группа под руководством профессора Франка Постберга из Свободного университета Берлина изучила 961 масс-спектр соленых частиц типа 3, зарегистрированных прибором Cosmic Dust Analyzer (анализатор космической пыли) в кольце E Сатурна. Эти частицы постоянно поступают туда из выбросов Энцелада. Однако их состав оказался неодинаковым: одни зерна содержали больше хлорида натрия, другие — карбонатов, фосфатов или хлорида калия, причем хлориды и карбонаты редко встречались вместе в богатых натрием частицах.
Чтобы выяснить причину различий, профессор Ясухито Сэкине и его коллеги из Института наук о Земле и жизни Токийского технологического института приготовили в лаборатории капли с основными солями, которые, предположительно, присутствуют в океане Энцелада. Капли разного размера замораживали с различной скоростью, после чего исследовали распределение химических элементов в образовавшемся льду. В каплях диаметром около 200 микрометров при охлаждении примерно на 10 кельвинов в минуту или медленнее соли разделялись по отдельным областям, тогда как быстрое замерзание сохраняло их более равномерное смешение.
«Что нас удивило, так это то, что разнообразие, обнаруженное Cassini, могло возникнуть из капель, происходящих практически из одной и той же океанской воды», — сказал Сэкине. По его словам, медленно замерзшие крупные капли разделяются на области с разными солями, а последующее разрушение льда дает множество мелких зерен с неодинаковым составом. Исследователи предполагают, что сначала капли размером от десятков до сотен микрометров медленно проходят по сложной системе подземных каналов и трещин, а ближе к поверхности ускоряются и разбиваются о стенки узких ледяных проходов.
«Данные Cassini показали, что эти богатые солями частицы значительно разнообразнее по химическому составу, чем можно было бы ожидать от среднего состава океана», — отметил Постберг. Такой механизм способен не только разделять соли, но и концентрировать органические соединения в отдельных зернах, облегчая их обнаружение будущими аппаратами. При медленном росте кристаллов между ними могут сохраняться карманы жидкого рассола, где соли и органические вещества становятся более концентрированными; поскольку значительная часть выброшенного материала возвращается на Энцелад, этот процесс может повторяться.