Энцелад — спутник Сатурна

Энцелад представляет собой шестой по размерам спутник планеты Сатурн. Его существование было доказано Уильямом Гершелем еще в 1789 году. Тем не менее, спутник Энцелад оставался малоизученным до конца 20-го столетия, когда к нему впервые приблизились космические зонды миссии «Вояджер». Благодаря полученным снимкам удалось определиться с размерами спутника, которые составили примерно 10% от размеров Титана, крупнейшего из спутников Сатурна. Также ученые обнаружили, что поверхность Энцелада обеспечивает существенное отражение лучей Солнца, превосходя по этому показателю все другие объекты нашей системы.

Миссия «Вояджер» доказала, что орбита движения Энцелада проходит в пределах плотного сегмента рассеянного кольца Е, что приводит к обмену веществами между спутником и кольцом Сатурна. Исследователи пришли к выводу, что кольцо обязано своим происхождением именно наличию Энцелада. Во время экспедиции «Вояджер-2» было отмечено, что поверхность Энцелада весьма разнообразна. Она покрыта различными кратерированными сегментами и более молодыми участками. Возраст последних достигает всего 100 млн. лет.

В 2005 году продолжить изучение спутника позволила миссия аппарата «Кассини», который смог обеспечить астрономов более точными знаниями относительно поверхности Энцелада и процессов, происходящих на ней. К примеру, удалось доказать наличие богатого водного шлейфа, который выходит на поверхность в виде фонтана на южном полюсе спутника. По всей видимости, именно эти мощные фонтаны и стали причиной формирования одного из колец Сатурна. Данное открытие, как и ряд признаков наличия тепла внутри спутника, а также небольшого количества ударных кратеров, является доказательством сохранения активности на Энцеладе до сегодняшнего дня. Спутники, которые находятся возле Сатурна часто находятся в ловушке орбитального резонанса, который приводит к сильным либрациям или большому эксцентриситету орбит. По этой причине спутники, которые находятся ближе к Сатурну, часто сталкиваются с нагревом недр, что может и стать причиной их геологической активности.

Энцелад относится к числу геологически активных спутников. Он является одним из трех спутников в нашей системе, вместе с Ио и Тритоном, которые демонстрируют периодические извержения. Благодаря анализу выбросов удалось заметить, что извержения происходят благодаря жидкому водному океану, находящемуся в недрах. Благодаря уникальному химическому составу шлейфа спутника ученые считают его одним из самых важных объектов для проведения астробиологических исследований. Благодаря открытию шлейфа, кроме прочего, появился дополнительный аргумент к тому, что именно Энцелад предоставил материю для кольца Е у Сатурна.

Еще в 2011 году исследователям из NASA удалось доказать, что Энцелад является самым подходящим местом для жизни, которая нам известна, на просторах нашей системы. Астробиолог Крис Маккей, который работает в одном из центров НАСА, в том же году отметил, что в пределах Солнечной системы только Энцелад располагает определенными запасами жидкой воды, углерода и азота, а также источником энергии. В 2014 году сообщалось, что благодаря анализу информации, которую предоставил «Кассини», ученые предполагают наличие океана под поверхностью спутника, который по своим размерам может превосходить озеро Верхнее.

Название спутника Энцелад

Энцелад был открыт Уильямом Гершелем, но его название, как и наименования первых семи спутников Сатурна, подобрал Джон Гершель, его сын. Он назвал спутник в честь древнегреческого титана потому, что Сатурн, который отождествляется с Кроносом, возглавлял гигантов. Элементы ландшафта планеты получили названия, которые были взяты из сочинений «Тысяча и одна ночь». Кратерам дают названия персонажей, а другим элементам рельефа – географических областей, упомянутых в рассказе. К началу 2017 года на поверхности спутника есть 85 именных объектов, четверть которых Международным астрономическим союзом были утверждены за 1982 год, когда недалеко от спутника пролетали зонды «Вояджер». Остальные названия были присвоены с 2006 года. Основанием для них послужили изображения, полученные благодаря работе «Кассини».

Исследования спутника Энцелад

Этот спутник Сатурна впервые открыл Уильям Гершель еще в августе 1789 года во время наблюдений с помощью 120 см телескопа. Тем не менее, первые признаки наличия Энцелада астроном обнаружил двумя годами ранее, когда он использовал 16.5 см телескоп. По причине слабого блеска и близкого расстояния от поверхности яркого Сатурна и его колец, Энцелад проблематично обнаружить с поверхности Земли. Для подобных наблюдений необходимо воспользоваться телескопом, диаметр зеркал которого более 30 см. Как и в случае со многими прочими спутниками газового гиганта, открыть его удалось в докосмическую эру. Он был замечен на звездном небе в момент, когда Земля пересекала плоскость колец. Этот период совпадает с равноденствием на Сатурне. Ввиду того, что кольца в этот момент наблюдались с бокового ракурса, то увидеть спутники становится значительно проще.

С периода открытия Гершелем до старта «Вояджеров» получить новые данные о спутнике Сатурна было не легко. Тем не менее, в это время удалось обнаружить водяной лед, которым покрыта его поверхность.

Миссия «Вояджер» позволила получить массу данных о спутнике Сатурна благодаря серии снимков его поверхности. В 1980 году «Вояджер-1» получил статус первого аппарата, который пролетел возле Энцелада. В тот момент космический зонд и спутник разделяла дистанция в 202 000 км. По этой причине качество снимков было невысоким. Тем не менее, уже в тот момент ученым удалось рассмотреть высокий показатель отражательной способности, а также то, что на ней практически нет крупных ударных кратеров. Это подтверждает молодость спутника и то, что он продолжает оставаться геологически активным. В то же время зонд «Вояджер-1» доказал, что спутник расположен в плотном сегменте диффузного кольца Е газового гиганта. Если учесть отсутствие большого количества кратеров, а также значительную гравитацию Энцелада, ученые выдвинули гипотезу, что кольцо Е было образовано частицами, которые выбрасываются с поверхности Энцелада.

Уже в августе 1981 года «Вояджер-2» подошел значительно ближе к поверхности спутника. Расстояние, которое их разделяло, составило не более 87 тысяч км. Это дало возможность получить более отчетливые изображения. На них можно видеть, что часть поверхности Энцелада покрыта кратерами значительно сильнее, чем прочие фрагменты ландшафта. Это является доказательством их более давнего возраста. Кратеры в основном находятся в высоких широтах, в то время как в низких их очень мало. Подобная неоднородность демонстрирует яркий контраст с Мимасом, который покрыт множеством кратеров.

Небольшой возраст поверхности спутника стал настоящей сенсацией среди исследователей, так как не существовало теорий, которые могли бы предположить возможность геологической активности у такого небольшого небесного тела. Но «Вояджер-2» так и не смог доказать, остается ли активным спутник на сегодня и продолжает ли он обмениваться веществом с кольцом Е Сатурна.

Уже 1 июля 2004 к орбите газового гиганта приблизился автоматический космический зонд «Кассини». Среди задач, которые были поставлены перед ним, изучение Энцелада было в приоритете, поэтому планировалось провести сразу несколько сближений с его поверхностью. В частности аппарат смог обнаружить, что водяной пар и сложные углеводороды извергаются из-под поверхности южного полюса спутника. Подобное открытие стало поводом для теорий о том, что в определенных слоях под поверхностью Энцелада может быть жизнь. По этой причине в 2007 году ученые разработали модель гейзеров, которые выбрасывают воду на высоту в несколько сотен км. По их предположениям жидкая вода может находиться под самой поверхностью спутника.

В марте 2008 года «Кассини», когда произошел его близкий пролет возле спутника, смог получить информацию о водяных гейзерах, которые бьют над поверхностью спутника. Также на Земле были получены новые детальные изображения Энцелада. Позднее космический аппарат пролетал через выбросы одного из гейзеров, что позволило ему получить информацию о предполагаемом наличии воды в жидком состоянии под поверхностью спутника. Летом 2009 года «Кассини» отправил в центр управления полетами ряд детализированных результатов анализа состава выбросов, что позволило подтвердить вероятность жидкого океана как источника для постоянных извержений. В марте 2011 года появились результаты исследований группы ученых, которым удалось доказать, что показатели тепловой мощности у Энцелада существенно выше, чем было принято считать ранее. Специалисты из Университета Гейдельберга пришли к выводу, что ледяная кора, покрывающая спутник Энцелад, скрывает под собой океан, вода в котором может быть соленой.

В 2013 году астроному Мэтту Хедману и его коллегам, работавшим в Корнеллском университете, удалось завершить кропотливый анализ 252 изображений, полученных в ходе исследований  «Кассини». На них были показаны извержения на спутнике в период 2005-2012 гг. Астрономам удалось продемонстрировать связь в действии приливной силы и уровнем активности спутника. Изображения, сделанные космическим аппаратом, демонстрируют, что во время движения Энцелада от апоцентра к перицентру происходит изменение яркости его струй примерно на три пункта. К тому же, исследователям удалось доказать, что уровень интенсивности в период 2005-2009 годов снизился практически вдвое. Информация, которую удалось получить при анализе, отвечает геофизической модели, что подтверждает появление трещин в ледяной корке Энцелада в момент, когда он максимально удален от поверхности Сатурна. Именно тогда на спутник воздействуют самые мощные силы притяжения, которые могут приводить к его расширению.

Благодаря открытия «Кассини» сегодня наблюдается большое оживление в научном сообществе относительно изучения этого удивительного спутника. Сегодня НАСА И ЕСА приступили к подготовке совместного проекта, который будет направлен на изучение Сатурна. Среди основных задач будущей миссии декларируется необходимость более подробного внимания к Энцеладу. По предположениям, миссия будет стартовать уже в 2030-х годах. Космический аппарат сможет пройти сквозь облако выбросов гейзера для оценки содержащихся в нем компонентов. В то же время спускаемые аппараты использовать пока не планируется.

Габариты спутника Энцелад

В среднем диаметр спутника составляет 504 км. По этому показателю он занимает шестую позицию среди лун газового гиганта, уступая Титану, Рее, Япету, Дионе и Тефии. После него следует Мимас. Только у этих семи спутников Сатурна, по сравнению с остальными, есть относительно правильная сферическая форма. Это значит, что Энцелад является одним из самых крошечных спутников со сферической формой поверхности.

Форму спутника можно описать как деформированный трёхосный эллипсоид. Его габариты, как удалось рассчитать по изображениям «Кассини», составляют 513,2*502,8*496,6км.

Орбита спутника Энцелад

Этот спутник занимает одно из первых мест по размерам среди внутренних спутников газового гиганта. Он идет четырнадцатым по порядку удаленности от планеты. Его орбита проходит по самому плотному участку кольца Е Сатурна. Это кольцо является одним из самых широких, но весьма разряженных. Его составляют микроскопические крупицы льда и космическая пыль.

Спутник вращается на дистанции в 237000 км от поверхности газового гиганта, и еще 180000 км его отделяют от верхней границы облаков между Мимасом и Тефией. Период вращения вокруг планеты составляет 32 часа. На сегодня спутник попал в орбитальный резонанс с Дионой, значение которого составляет 2:1. Этот показатель дает возможность соблюдать эксцентриситет орбиты спутника в пределах 0.004, что позволяет регулярно варьировать величину прилива. По этой причине недра Энцелада периодически нагреваются, что позволяет поддерживать определенный уровень геологической активности спутника.

Как и в случае с большей частью спутников газового гиганта, вращение Энцелада происходит синхронно в отношении с собственным движением. Это значит, что к Сатурну постоянно обращена только одна сторона спутника. При сравнении с Луной можно заметить, что спутник Сатурна не имеет либрации вокруг своей оси вращения. Но если обратить внимание на его форму, то можно заметить, что ранее показатель либрации имел значение в несколько раз выше орбитального. Наличие либрации и орбитального резонанса с другим спутником позволяет обеспечить для Энцелада постоянный прилив тепловой энергии.

Расположение спутника Энцелад

Е-кольцо является наиболее удаленным кольцом газового гиганта. Оно отличается своей структурой, которая представлена микроскопическими частицами льда или пыли. Началом кольца принято считать орбиту, по которой вращает Мимас, а концом орбиту Реи. Но некоторые исследователи выдвигают гипотезы о том, что кольцо может выходить даже за пределы орбиты Титана, что увеличивает его ширину до 1000000 км.

Ряд математических моделей доказывает, что кольцо отличается неустойчивостью, и его жизненный период равен от 10 тысяч лет до 10000000 лет. По этой причине его существование зависит от постоянного наполнения новыми частицами. Орбиту Энцелада принято размещать в зоне с наибольшей плотностью кольца Е. Этот сегмент отличается узкими размерами. По этой причине предположение о том, что кольцо наполняется веществом благодаря Энцеладу, было высказано еще до старта миссии «Кассини». Полученная информация, которую удалось собрать во время исследований спутника космическим аппаратом, подтверждает предположение.

Существует два источника вещества, которое используется для того, чтобы наполнить кольцо Е частицами. В первом случае можно говорить о криовулканических гейзерах, которые наблюдаются над южным полюсом Энцелада. Большая часть вещества, содержащегося в каждом выбросе, снова рассеивается по поверхности спутника. Но некоторые компоненты выходят за границы атмосферы с Энцелад и пополняют состав кольца. Второй способ пополнения кольца Е заключается в веществе, которое высвобождается с поверхности спутника при его контактах с астероидами. Подобный способ насыщения колец подходит в отношении прочих спутников газового гиганта, которые вращаются в пределах колец.

Первыми детальными снимками спутника Энцелад удалось завладеть во время экспедиций «Вояджеров». Полученная мозаика в высоком расширении продемонстрировала, что Энцелад имеет не менее пяти различных типов рельефа. Среди них попадаются участки с большим количеством кратеров, ровные области и участки с ребристой поверхностью. Ландшафт спутника имеет немного кратеров и значительно больше желобов. В то же время на поверхности замечен ряд длинных трещин и уступов. Подобная особенность указывает на то, что возраст поверхности спутника довольно небольшой и составляет не более пары сотен миллионов лет. Либо рельеф Энцелада недавно существенно обновился. По всей видимости, это открытие связано с уровнем криовулканической активности спутника.

Основу спутника составляет водяной лед, поэтому поверхность Энцелада практически полностью белая. Это обеспечило для спутника рекордный уровень чистоты и превосходную отражательную способность. По этой причине поверхность практически не поглощает свет, а ее температура в районе полудня не превышает -200 градусов, что существенно ниже, чем у других спутников газового гиганта.

Исследовательская станция «Кассини», которая прибыла к Сатурну еще в 2004 году, смогла зафиксировать гейзеры на поверхности, которые выдавливают вещество из недр на несколько сотен километров вверх. Гейзеры бьют из трещин, которые расположены на южном полюсе Энцелада. Эти частицы образуют след, который в виде шлейфа вращается вокруг Сатурна, составляя кольцо Е. На сегодня не удалось точно определить, что именно выступает в качестве источника энергии, обеспечивающего невероятно мощную вулканическую активность для такого сравнительно небольшого спутника. Ученые предполагают, что энергия могла быть получена благодаря радиоактивному распаду, но водяной фонтан имеет множество пылевых частиц и небольших осколков льда. Чтобы подбросить эти компоненты на сотню км вверх, нужно затратить чрезвычайно большое количество энергии. Может быть, в недрах спутника действуют приливные силы, но последние исследования показывают, что их энергия примерно в 2 раза ниже минимально необходимой для таких гейзеров. В 2010 году исследователям удалось прийти к выводу, что нагрев может быть обеспечен либрацией во время движения спутника по орбите.

В дневное время температурный режим на поверхности спутника не превышает -200 градусов по Цельсию. В разломах на южном полюсе она может быть в пределах -90 градусов. Подобные различия на поверхности спутника, а также молодость рельефа, указывают на то, что геологическая активность Энцелада продолжается и сегодня.

Ландшафт спутника Энцелад

Еще во время экспедиций  «Вояджеров» удалось обнаружить, что на Энцеладе есть несколько видов элементов рельефа, которые имеют тектоническое происхождение. Речь идет о желобах, уступах и поясах впадин. Благодаря исследованиям, которые провел автоматический аппарат «Кассини» ученые подтвердили свои догадки о том, что тектонические изменения являются основным фактором, который влияет на формирование ландшафта спутника. К наиболее впечатляющим элементам можно отнести рифты, которые в некоторых случаях превышают 200км в длину и достигают 10 км в ширину. Другим проявлением тектонической активности спутника является ряд полос с криволинейными бороздами и гребнями, которые были впервые обнаружены во время миссии «Вояджер-2». Эти элементы часто разделяют равнинные участки от мест с множеством кратеров. Таким элементом, к примеру, является рытвина под названием Самарканд. Они во многом схожи с участками на Ганимеде, но на Энцеладе сложность ландшафта значительно выше. Ученые обнаружили, что полосы часто располагаются параллельно, а угол стыковки напоминает шеврон. В других местах они могут быть приподнятыми, а вдоль них располагаются ряды разломов и хребтов. Космический аппарат «Кассини» обнаружил в районе рытвин Самарканд несколько интересных и необычных темных вкраплений, ширина которых равна 120х750м. Они располагаются параллельно разломам. Сегодня вкрапления принято называть провалами.

Поверхность Энцелада усеяна разломами и рельефными полосами, но здесь также есть несколько других разновидностей ландшафта. Изображения, полученные с зонда «Кассини» позволяют заметить множество узких разломов, ширина которых не превышает сотни метров. Они часто представляют собой длинные полосы, которые пересекают участки с большим количеством катетеров. По всей видимости, они углубляются в поверхность в недра спутника лишь на несколько десятков метров. Ученые предполагают, что подобная морфология могла быть вызвана своеобразными изменениями, произошедшими по причине столкновения с поверхностью крупного объекта. Во внутреннем пространстве каждого кратера подобные разломы имеют слегка иной вид, чем с внешней стороны.

Также тектонические изменения на поверхности спутника Энцелад представлены линейными впадинами, которые были зафиксированы на изображениях, полученных в период полетов «Вояджеров». Но достаточно детальные снимки удалось получить только во время миссии «Кассини». Эти впадины часто пересекают поверхность сразу нескольких участков с различной структурой. Специалисты считают, что подобное свидетельство вулканической активности является наиболее молодым на поверхности планеты. По возрасту линейные впадины совпадают с рифтами. Но часть из них, как и в случае с близлежащими кратерами, имею гладкую структуру. Это является намеком на их более раннее образование. Также Энцелад отличается наличием хребтов. Эти структуры менее развиты, если сравнивать их с хребтами на Европе. Высота объектов редко превышает 1000 м. Карта распространения тектонических структур на спутнике демонстрирует, что тектоническая активность выступала в качестве одного из важнейших геологических факторов на протяжении длительного периода времени.

Ударные кратеры Энцелада

Наличие импактных событий является обычным делом для большинства объектов, расположенных в Солнечной системе. Большинство среди них отличаются большим количеством кратеров на поверхности. Кратеры, которые есть на спутнике Сатурна, отличаются разной степенью эрозии, что доказывает их образование на протяжении длительного периода времени.

Во время миссии автоматического космического зонда «Кассини», удалось получить ряд детальных изображений участков спутника, которые отличаются высокой кратерированностью. Изображения демонстрируют, что часть кратеров подверглись существенной деформации. Причиной этого явления большинство ученых называет вязкую релаксацию и массу разломов. Поверхность выравнивается на протяжении длительного периода времени по причине воздействия на нее гравитационных сил. Сроки, которые требуются для выравнивания, определяются температурой. От того, насколько сильно прогревается ледяная поверхность, зависит скорость релаксации. Обычно кратеры, у которых наблюдается существенная вязкая релаксация, отличаются куполообразным дном. В некоторых случаях они остаются заметными только благодаря приподнятым краям. Одним из лучших примеров кратера, который подвергся мощной релаксации, можно назвать Дуниязад.  К тому же, кратерированные области на поверхности спутника часто пересекаются многочисленными тектоническими разломами.

Равнинные участки поверхности Энцелада

Открытие первых гладких зон на поверхности Энйелада было сделано еще во время полета «Вояджера-2». В тот момент удалось определить равнины Сарандиб и Дийяр, изображения которых и были отправлены на Землю. Два этих элемента поверхности спутника отличаются низким рельефом и имеют небольшую кратерированность. Это доказывает сравнительную молодость их образования. Изображения Сарандиб, которые были получены благодаря «Вояджеру-2», вовсе лишены ударных кратеров. Юго-западная часть спутника также имеет одну гладкую область, которая пересекается сразу несколькими впадинами и уступами.

Во время полета автоматического аппарата «Кассини» удалось получить ряд более качественных изображений этих равнинных участков. Новые снимки показали, что поверхность равнин пересекают многочисленные хребты и разломы, имеющие небольшую высоту. Сегодня принято считать, что эти элементы возникли по причине напряжения сдвига. Детализированные снимки гладкой поверхности Сарандиб можно заметить несколько маленьких кратеров. С их помощью удалось получить больше информации о возрасте равнинной зоны. Ученые оценивают возраст равнины, исходя из принятой скорости образования кратеров, в районе 170-3700 млн. лет.

Изображения, полученные во время миссии «Кассини», охватывают ряд неотснятых ранее зон спутника, позволили отметить несколько новых равнинных участков, преимущественно расположенных на переднем полушарии. Эта часть Энцелада не имеет низких хребтов. Вместо них гладкую поверхность пересекают системы желобов. Открытая равнина находится на противоположной стороне от Сарандиб и Дийяр. По этой причине астрономы считают, что в процессе образования различных видов ландшафта особое место сыграло приливное воздействие газового гиганта.

Снимки, которые предоставил аппарат «Кассини» во время пролета над спутником в 2005 году, демонстрируют наличие на поверхности тектонически деформированной области, которая проходит вокруг южной части спутника. На поверхности этого ландшафта замечены множественные хребты и разломы. Здесь практически отсутствуют ударные кратеры, а это позволяет предположить, что данный участок является одним из наиболее молодых на поверхности спутника. Количество кратеров на поверхности указывает, что возраст этой зоны вряд ли превышает 0.5 млн. лет. Возле центральной части участка обнаружены разломы, которые ограничены с обеих сторон хребтами. Исследователи неофициально назвали их «тигровыми полосами». Их глубина не превышает 0.5 км, а ширина составляет 2 км. Они тянутся на 130 км. Через год после обнаружения, в 2006 году, они получили собственные наименования — Александрия, Каир, Багдад и Дамаск.

Астрономы сходятся во мнении о том, что данные разломы являются наиболее молодыми элементами рельефа, которые можно видеть на поверхности околополярной зоны. Их окружают отложения в виде крупнофракционного водяного льда, имеющего зеленоватый оттенок на спектральном изображении. Ледяная корка видна и в других частях этого участка – обнажениях. Это доказывает то, что область сравнительно молодая, поэтому ее еще не покрыл мелкозернистый водяной лед, оседающий с кольца Е. Состав льда, который находится в «тигровых полосах», существенно отличается от прочих участков спутника. Во время спектрометрического анализа удалось также обнаружить свежие кристаллы льда, которые указывают на недавнее образование или расплавку ледовой коры, которая имела место не более 1 тысячи лет назад. В то же время, «тигровые полосы» позволили сделать еще одно важное открытие. В них ученым удалось обнаружить несколько простейших органических соединений, которые ранее не обнаруживались на поверхности спутника.

Границу южного приполярного участка отмечают хребты и долины, которые образуют Y- и V-образные структуры. По своей форме, направлению и расположению они подтверждают возможность образования геологических объектов под воздействием неправильной формы Энцелада. Ученые рассматривают две самые реалистичные гипотезы природы подобных изменений. Одна из них состоит в том, что Энцелад мог подвергнуться воздействию какого-либо фактора, который уменьшил его орбиту. Это привело к уменьшению периода вращения вокруг газового гиганта, что стало причиной ускоренного вращения вокруг собственной оси. Это возможно под воздействием приливного захвата Сатурна. По этой причине спутник получил несколько сплющенную форму.

Другая гипотеза предполагает, что в определенный момент из недр спутника на поверхность пробилось большое количество теплого вещества, что стало причиной смещения внешней коры по отношению к мантии. Это привело к изменению формы эллипсоида, которая стала отвечать новому расположению экватора Энцелада. Гипотезы различные, но обе они предусматривают схожие последствия для полюсов спутника. Его северная часть очень отличается от южной. Северный участок очень кратерирован, поэтому ученые считают его возраст образования довольно большим. Может быть, причиной различий является разная толщина коры на этих участках. Подобная разница также доказана морфологией разрывов и выступов, которые протянулись по границе южной полярной зоны.

Гейзеры Энцелада

По своему составу содержимое выбросов гейзеров, которые бьют на южном полюсе спутника, имеют следующее соотношение

• Вода — 93%;
• Азот — 4%;
• Диоксид углерода — 3,2%;
• Метан — 1,6%;
• Аммиак, ацетилен, синильная кислота, пропан — следы (1 %).

Ученые предполагают возможность наличия и других соединений в выбросах, но определить их невозможно по причине ограниченной молекулярной массы, которая может быть определена оборудованием «Кассини». В начале 2015 года в журнале Nature появилось сообщение о том, что на Энцеладе есть горячие гейзеры. Подобное открытие было сделано благодаря наличию диоксида кремния в составе их выбросов. После этого сообщения группа исследователей их университета Карнеги подготовила публикацию, в которой представлен анализ уровня кислотности выбросов спутника. На основании результатов исследования ученым удалось построить модель океана, который находится под поверхностью спутника (по предположениям).

Ученые считают, что содержимое выбросов, как и жидкости океана, отличается высоким уровнем растворенной поваренной соли с содой. Это указывает на щелочную среду, а уровень pH может составлять 12 пунктов, что можно сопоставить с аммиачным раствором. Схожий состав жидкости есть на нашей планете, в озере Моно или Магади, которые в то же время являются домом для простых одноклеточных организмов и рачков.

Атмосфера Спутника Энцелад

Энцелад отличается крайне разряженной атмосферой. Тем не менее, если сравнивать ее с другими спутниками газового гиганта, то она достаточно плотная. Примерно на 9/10 ее представляет водяной пар, а остальные 10% приходятся на азот и углекислый газ. Содержание метана не превышает 1.7%. Гравитация у Энцелада довольно слабая, поэтому ее не хватает для того, чтобы удержать атмосферу. По этой причине ученые считают, что у спутника Энцелад должны быть источники для пополнения атмосферы. Она может восстанавливаться благодаря сильным гейзерам и крупным криовулканам, которые находятся на поверхности.

До отправки миссии «Кассини» внутренняя структура спутника оставалась малоизученной. Станция смогла предоставить информацию о строении спутника, что позволило исследователям смоделировать его внутреннее строение. Данные позволяют точно определить массу и форму спутника. Благодаря высокой детализации изображений ученые получили данные о геохимическом составе Энцелада.

Благодаря оценке плотности, которые были сделаны «Вояджерами», доказано, что спутник практически полностью состоит изо льда. Но гравитационное воздействие на космический зонд «Кассини» показало, что плотность Энцелада находится в пределах 1,61 г/см³. Это значительно больше, чем у соседних ледяных лун Сатурна. По этой причине выдвинуты теории о том, что спутник имеет большое количество силикатов стали. Возможно, в его недрах возникает нагрев благодаря распаду радиоактивных компонентов.

Некоторые ученые предполагают, что спутник Энцелад был сформирован крайне быстро, поэтому во время первых этапов своей жизни в нем было много короткоживущих радионуклидов. Именно благодаря их распаду можно получить большое количество тепловой энергии, что позволило дифференцировать недра Энцелада для образования ледяной мантии и каменного ядра. Возможность распада радиоактивных компонентов также позволяет объяснить отсутствие полного замерзания недр спутника, не смотря на его крошечные размеры. В последующем приливной нагрев мог увеличить температуру ядра до ядра до 1000 К. Этого вполне хватает для того, чтобы внутренняя мантия начала плавиться. Но чтобы сохранить современную геологическую активность, спутник должен иметь полурасплавленное ядро. В этом случае высокотемпературный режим может привести к приливному нагреву, который выступает в качестве источника для активности Энцелада.

Для того, чтобы определиться с дифференциацией недр спутника, учеными были рассмотрены не только такие показатели, как масса, но и форма лимба Энцелада. Геологическая и геохимическая проверка показала, что дифференциация спутника имеет место быть. Но по форме Энцелада можно предположить, что она отсутствует. Наблюдаемая форма также может указывать на то, что дифференциация все же произошла, но спутник достиг гидростатического равновесия, так как ранее он вращался значительно быстрее.

Наличие подповерхностного океана у Энцелада

По снимкам, которые удалось получить благодаря аппарату «Кассини», ученым удалось запечатлеть гейзер, выстреливающий с поверхности спутника на 250 км ввысь. На основании этих изображений ученые пришли к выводу о том, что ледяной покров скрывает под поверхностью Энцелада настоящий жидкий океан. Тем не менее, непосредственное наличие гейзеров на спутнике не является доказательством того, что он имеет запас жидкой воды под поверхностью. Этот факт доказывает то, что спутник продолжает тектоническую активность, которая перемещает лед, что может приводить к выбросам в атмосферу и за ее пределы жидкой воды.

Уже в 2014 году были продемонстрированы результаты наблюдений, которые доказывают, что Энцелад отличается наличием подповерхностного океана. Основой для этого исследования стал анализ гравитационного поля, который был получен во время пролетов в непосредственной близости от Энцелада. Информация позволила исследователям с большой долей вероятности подтвердить наличие под поверхностью южного полюса наличие большого количества воды в жидкой форме. По размерам водная масса может быть сопоставима с озером Верхним, а его площадь равна 80 тыс. км². Ученые предполагают, что океан расположен на глубине в 30 км от поверхности. Возле поверхности океана температура может составлять -45 градусов, но с увеличением глубины она может достичь +1 градуса, что является сопоставимым с температурой воды в арктическом климатическом поясе Земли.

Исследователи предположили, что дно имеет каменную основу. Сегодня наличие жидкой воды под поверхностью северного полюса не подтверждается. Запас жидкости, который есть под южным полюсом, объясняют приливным разогревом Энцелада, на который влияет гравитация Сатурна. По этой причине вода может находиться в жидком состоянии, хотя поверхность спутника не прогревается выше -200 градусов по Цельсию. Существующие оценки некоторых ученых дают возможность предположить, что температура воды в подповерхностном океане может достигать 90 градусов. Еще в 2015 исследователи получили подтверждение активности горячих гейзеров на спутнике.

В сентябре 2015 года астрофизики, которые работают в Корнеллском университете, провели ряд испытаний, в основу которых легли данные с аппарата «Кассини». Проведенные исследования позволили уточнить ранее составленную модель жидкого океана Энцелада, расположенного под ледяной поверхностью. Как удалось выяснить, под ледяной корой есть не просто ряд отдельных запасов воды, а крупное скопление наподобие океана, который обособлен от ядра спутника. Ранее были выдвинуты теории на основе исследований, что в недрах спутника существует замкнутый водоем на месте южного полюса. Такое предположение отлично согласовывается с данными, полученными автоматическим аппаратом «Кассини» во время его съемки гейзеров. Но теория во многом противоречила гравитационному измерению. В новой модели была учтена магнитуда с заметными колебаниями поверхности, возникновение которой отмечается во время перемещения Энцелада по орбите газового гиганта. Это доказывает наличие подповерхностного океана. Если бы спутник был полностью твердым, то его либрация была бы менее существенной.

В мае 2015 года специалисты из нескольких стран представили результаты совместного исследования, в котором утверждается, что подповерхностный океан может быть очень древним. Его возникновение могло произойти в момент формирования самого Сатурна, или лед перешел в жидкое состояние относительно недавно, около 10 млн. лет назад. Результатом подобного явления могли стать изменения в орбите, а также контакт с большим астероидом, который растопил жидкость и стал толчком к окислительной реакции на горизонте между ядром и жидкой водой.

Исходя из представленных данных аппаратом  «Кассини» во время его пролета над спутником в ноябре 2011 года, среднее значение уровня ледяной коры над океаном равно не 18-20 км, как было предположено ранее, а всего 2 км.

Уже в начале апреля 2017 года была представлена обработанная информация, полученная во время съемки аппаратом  «Кассини» в 2015 году. Речь идет о снимках «тигровых трещин» с высоты всего 25 км. Исследования были проведены благодаря масс-спектрометрам, которые собрали данные о содержании веществ в выбросах. Результаты анализа показали продолжающиеся геотермальные процессы под корой Энцелада. Кроме того, что в океане генерируется водород, геологи считают, что на дне океана также происходит восстановление углекислого газа с выделением метана. Подобная активность сопоставима с той, которая имела место на Земле в доисторическую эпоху, что стало причиной появления на планете первой органической жизни.

Ряд простых органических соединений, которые обнаружил зонд «Кассини» в соленом гейзере спутника еще в 2005 году, подтверждает гипотезу о том, что под поверхностью спутника есть жидкая вода, залегающая относительно не глубоко. Также на основании полученной информации удалось подтвердить наличие высокой щелочности воды, что является дополнительным свидетельством гидротермальной активности. По этой причине спутник Сатурна занял первое место по уровню вероятности нахождения микробной жизни.

К сожалению, оборудование, установленное на аппарате «Кассини», не двало возможности определить, существует ли на спутнике сложные органические соединения. Поэтому получить сведения о наличии жизни не удастся.

Будущие экспедиции, которые будут направлены к Сатурну, позволят получить ряд спектрографических изображений гейзеров. Это даст возможность получить более точные данные о содержимом жидкости. Не исключается возможность использования анализа in situ, а также применения погружаемой техники без предварительного бурения. Сегодня специалисты из института Боулдера желают получить подтверждение теории о том, что трещины на поверхности, не более метра диаметром, не замерзают по причине того, что вода достигает поверхности, сохраняя положительную температуру. Но для этого требуется более всесторонние исследования Энцелада спутника Сатурна.