Gezeitenkräfte erklären, wie ein eisiger Mond des Saturn seine "Tigerstreifen" behält

Electric Currents in Space Mean an Electric Universe | Space News (Kann 2019).

Anonim

Das Fortbestehen der massiven, explosiven Risse auf der Oberfläche von Saturns sechstgrößtem Mond Enceladus - trotz der erstaunlich kalten Oberfläche des Mondes - ist seit 11 Jahren ein Mysterium geblieben. Forscher von der Princeton University und der University of Chicago zeigen jedoch, dass die Risse durch das Schwappen von Wasser in dem weiten Ozean, das Wissenschaftler unter der dicken Eisschale des Mondes vermuten, aktiv gehalten werden könnten. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, ein klares Ziel für zukünftige Satellitenmissionen nach Enceladus zu liefern, von denen Wissenschaftler vermuten, dass sie Leben beherbergen könnten.

Die Risse von Enceladus, die als "Tigerstreifen" bekannt sind, geben regelmäßig hoch aufragende Dunst- und Frostpartikel ab, die möglicherweise von Gezeitenkräften angetrieben werden, die der Saturn auf die Eisschale des Mondes ausübt, berichten die Forscher in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy Wissenschaften. Die vier Tigerstreifen sind in der Nähe des Südpols von Enceladus, durchschnittlich rund 130 Kilometer lang und etwa 35 Kilometer voneinander entfernt. Sie wurden erstmals 2005 von der unbemannten Cassini-Raumsonde der NASA beobachtet, die seit 2004 den Saturn und seine Monde umkreist. Cassini-Daten weisen stark darauf hin, dass die Mondfahnen wahrscheinlich aus einer biomolekularen Umgebung stammen.

Seit Cassinis anfänglicher Beobachtung der Fissuren und ihrer Plumes haben Wissenschaftler daran gearbeitet, ihre Ursache, Größe und Regelmäßigkeit zu erklären, erklärte Edwin Kite, ein Assistenzprofessor für geophysikalische Wissenschaften an der Universität von Chicago, der die Forschung in Princeton als Postdoktorand ingeosciences und Astrophysikalische Wissenschaften.

"Auf der Erde neigen Eruptionen nicht dazu, für lange Zeit fortzufahren", sagte Kite. "Wenn Sie Eruptionen sehen, die für eine lange Zeit andauern, werden sie in ein paar rohrartige Eruptionen mit einem weiten Abstand zwischen ihnen lokalisiert."

"Es ist ein Rätsel zu erklären, warum das Riss-System nicht mit seinem eigenen Frost verstopft", sagte er. "Und es ist ein Rätsel zu erklären, warum die Energie, die durch Verdunstungskühlung aus dem Grundwasserspiegel entfernt wird, nicht nur die Dinge vereist."

Kite und Co-Autor Allan Rubin, Professor für Geowissenschaften in Princeton, entwickelte ein Modell, das nahelegt, dass das Wasser in den Schlitzen abwechselnd steigt und fällt, wenn die Schlitze durch Gezeitenspannungen in der eisigen Schale von Enceladus gebogen werden. Die Hitze, die diese regelmäßige Bewegung erzeugt, ist ausreichend, um das Wasser vor dem Einfrieren zu schützen, obwohl der Mond etwa 30 Kilometer (19 Meilen) dick ist.

Das Modell von Kite und Rubin liefert eine scheinbar einfache Erklärung für Beobachtungen, die in der Vergangenheit solchen einfachen Erklärungen widerstanden haben, sagte Rubin. Frühere Vorschläge, wie zum Beispiel, dass die Tigerstreifen Fehler sind, die das Eis durch Reibungserwärmung schmelzen, erklären nicht den Cassini-Beweis, dass das ausgebrochene Material von Enceladus 'zugrunde liegendem Ozean stammt. Kite trat an Rubin mit der Idee hinter dem Modell heran, weil Rubin sich in der Vergangenheit auf den Transport von geschmolzenem Gestein durch Risse auf der Erde spezialisiert hatte. Als Kite vorschlug, dass zähflüssiges Erhitzen das Wasser in den Schlitzen vor dem Einfrieren bewahren könnte, war Rubin anfangs skeptisch.

"Da die Viskosität von Wasser so niedrig ist, habe ich bezweifelt, dass es genügend Wärme produzieren würde", sagte Rubin. "Aber die Berechnungen von Kite zeigen, dass es nicht nur genügend Wärme erzeugt, sondern auch, dass die Zeitverzögerung zwischen den Spitzengezeitenspannungen und der Spitzenwolkenaktivität genau richtig ist. Für mich ist dies das erste Modell, das diese Verblüffung zu erklären scheint Beobachtungen so natürlich. "

Das Modell könnte auf andere eisige Welten wie den Jupitermond Europa angewendet werden, der auch einen unterirdischen Ozean beherbergt und oft als der Planetenkörper außerhalb der Erde erwähnt wird, der am ehesten Leben beherbergt. "Enceladus könnte dieser Liste hinzugefügt werden", sagte Rubin. "Direkte Passagen zu den unterirdischen Ozeanen dieser Satelliten sind mögliche Fenster zu Umgebungen, die das Leben beherbergen."

Unter der Annahme, dass sich die Tigerstreifen mit dem Ozean von Enceladus verbinden, könnten zukünftige Satellitenmissionen mit Sensoren und Maschinen ausgestattet werden, um mögliche Beweise für das Leben auf dem Mond zu sammeln, sagte Rubin. Cassini führte seinen letzten Vorbeiflug von Enceladus am 19. Dezember durch.

Carolyn Porco, Leiterin von Cassinis Imaging-Science-Team und eine führende Wissenschaftlerin in der Erforschung von Enceladus, sagte, dass Kite und Rubins Arbeit eine Reihe von rätselhaften Fragen über die Fissuren des Mondes beantworten.

Zum Beispiel erreichen die Eruptionsstreifen ungefähr fünf Stunden später als erwartet ihren Höhepunkt, selbst wenn man die 40 Minuten berücksichtigt, die die eruptierten Teilchen benötigen, um die Höhe zu erreichen, in der Cassini sie entdecken kann. Andere Wissenschaftler hatten zuvor Gründe für die Verzögerung vorgeschlagen, die eine Verzögerung der Eruptionen sowie eine matschige, langsam reagierende Eishülle beinhalteten.

Kite und Rubin stellten fest, dass es stattdessen eine optimale Breite für die Schlitze des Tigerstreifens gibt, die dem Timing der Federn entsprechen würde. Die Breite der Schlitze beeinflusst, wie schnell sie auf die Gezeitenkräfte reagieren können. Mit breiten Schlitzen reagieren die Eruptionen schnell auf Gezeitenkräfte, sagte Kite. Bei engen Schlitzen treten die Eruptionen acht Stunden nach Erreichen der Gezeitenkräfte auf. "Dazwischen gibt es einen schönen Punkt", sagte er, wo die Gezeitenkräfte die Wasserbewegung in Wärme verwandeln und genug Energie erzeugen, um Eruptionen zu erzeugen, die mit der beobachteten Fünf-Stunden-Verzögerung übereinstimmen. Porco nannte es "das Beste, was ich von dieser neuen Arbeit halte".

"Ich war sehr glücklich darüber, diese neue Arbeit von Kite und Rubin zu sehen, die einen Prozess zum Vorschein gebracht hat, der durch die Gezeitenbewegung in und aus den tiefen Brüchen der südpolaren Eishülle gepumpt wurde", sagte Porco. "Der neue Vorschlag ist wirklich eine Möglichkeit, die Eruptionen zu verzögern. Sie müssen wirklich keine schrecklich squishy Eisdecke vorschlagen, um es zu tun."

Kite und Douglas MacAyeal, Professor für geophysikalische Wissenschaften an der University of Chicago, sind daran interessiert, ein Erdanalog zu den Enceladus-Geysiren zu untersuchen, ein Riss, der sich über einen Teil des Ross-Schelfeises in der Antarktis gebildet hat und ihn teilweise vom Kontinent abbricht.

"In diesem Riss haben Sie einen starken Gezeitenfluss", sagte Kite, "also wäre es interessant zu sehen, was ein echter Eisschild in einer Umgebung tut, die analog ist hinsichtlich der Amplitude der Spannungen und der Temperaturen des Eises."

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