Wanneer de Cassini missie in 2004 in het Saturnus-systeem aankwam, ontdekte ze iets nogal onverwachts op het zuidelijk halfrond van Enceladus. Van honderden kloven in het poolgebied werden periodiek waterpluimen en organische moleculen gespuwd. Dit was de eerste aanwijzing dat de maan van Saturnus mogelijk een binnenzee heeft die wordt veroorzaakt door hydrothermale activiteit nabij de grens van de kernmantel.
Volgens een nieuwe studie op basis van Cassini gegevens die het heeft verkregen voordat het op 15 september in de atmosfeer van Saturnus duikt, is deze activiteit mogelijk al enige tijd aan de gang. Het onderzoeksteam concludeerde zelfs dat als de kern van de maan poreus genoeg is, deze voldoende warmte had kunnen genereren om een binnenzee gedurende miljarden jaren in stand te houden. Deze studie is tot nu toe de meest bemoedigende indicatie dat het interieur van Enceladus het leven zou kunnen ondersteunen.
De studie, getiteld "Langdurige hydrothermale activiteit in Enceladus stimuleren", verscheen onlangs in het tijdschrift Natuurastronomie. De studie werd geleid door Gaël Choblet, een onderzoeker bij het Planetary and Geodynamic Laboratory aan de Universiteit van Nantes, en omvatte leden van NASA's Jet Propulsion Laboratory, Charles University, en het Institute of Earth Sciences en het Geo- en Cosmochemistry Laboratory aan de universiteit van Heidelberg.
Voorafgaand aan de Cassini missie van de vele flyby's van Enceladus, dachten wetenschappers dat het oppervlak van deze maan bestond uit vast ijs. Pas toen ze de pluimactiviteit opmerkten, realiseerden ze zich dat er waterstralen waren die zich helemaal naar beneden uitstrekten tot aan een warmwateroceaan in het binnenland. Uit de gegevens verkregen door Cassini, wetenschappers waren zelfs in staat om een weloverwogen schatting te maken van waar deze interne oceaan lag.
Alles bij elkaar is Enceladus een relatief kleine maan met een diameter van ongeveer 500 km (311 mijl). Gebaseerd op zwaartekrachtmetingen uitgevoerd door Cassini, men denkt dat de binnenzee onder een ijskoud buitenoppervlak ligt op een diepte van 20 tot 25 km (12,4 tot 15,5 mijl). Dit oppervlakte-ijs verdunt echter tot ongeveer 1 tot 5 km (0,6 tot 3,1 mijl) over het zuidelijke poolgebied, waar de stralen water en ijzige deeltjes door spleten stromen.
Op basis van de manier waarop Enceladus met een bepaalde golfbeweging (ook bekend als libratie) om Saturnus draait, hebben wetenschappers de diepte van de oceaan kunnen schatten, die ze op 26 tot 31 km (16 tot 19 mijl) plaatsen. Dit alles omgeeft een kern waarvan wordt aangenomen dat deze is samengesteld uit silicaatmineralen en metaal, maar die ook poreus is. Ondanks al deze bevindingen is de bron van de binnenwarmte een open vraag gebleven.
Dit mechanisme zou actief moeten zijn toen de maan miljarden jaren geleden werd gevormd en is nog steeds actief (zoals blijkt uit de huidige pluimactiviteit). Zoals Dr. Choblet uitlegde in een persverklaring van ESA:
"Waar Enceladus de aanhoudende kracht krijgt om actief te blijven, is altijd een beetje een mysterie geweest, maar we hebben nu meer in detail bekeken hoe de structuur en samenstelling van de rotsachtige kern van de maan een sleutelrol zou kunnen spelen bij het opwekken van de nodige energie."
Jarenlang speculeerden wetenschappers dat getijdenkrachten veroorzaakt door de zwaartekracht van Saturnus verantwoordelijk zijn voor de interne verwarming van Enceladus. De manier waarop Saturnus de maan duwt en trekt terwijl deze een elliptisch pad rond de planeet volgt, wordt ook verondersteld de oorzaak te zijn van Enceladus 'ijzige omhulsel, waardoor de kloven rond het zuidelijke poolgebied ontstaan. Aangenomen wordt dat dezelfde mechanismen verantwoordelijk zijn voor de binnenste warme oceaan van Europa.
De energie die wordt opgewekt door getijdenwrijving in het ijs is echter te zwak om het warmteverlies van de oceaan op te vangen. In het tempo dat de oceaan van Enceladus energie aan de ruimte verliest, zou de hele maan binnen 30 miljoen jaar vastvriezen. Evenzo is het natuurlijke verval van radioactieve elementen in de kern (dat ook voor andere manen is gesuggereerd) ook ongeveer 100 keer te zwak om de inwendige en pluimactiviteit van Enceladus te verklaren.
Om dit aan te pakken, voerden Dr. Choblet en zijn team simulaties uit van de kern van Enceladus om te bepalen wat voor omstandigheden de getijdenverwarming gedurende miljarden jaren zouden kunnen toelaten. Zoals ze in hun studie stellen:
"Bij gebrek aan directe beperkingen op de mechanische eigenschappen van de kern van Enceladus, beschouwen we een breed scala aan parameters om de snelheid van getijdenwrijving en de efficiëntie van watertransport door poreuze stroming te karakteriseren. De niet-geconsolideerde kern van Enceladus kan worden gezien als een zeer korrelig / gefragmenteerd materiaal, waarbij getijde-vervorming waarschijnlijk wordt geassocieerd met intergranulaire wrijving tijdens fragment-herschikkingen. ”
Wat ze ontdekten was dat om de Cassini Om waarnemingen te bevestigen, zou de kern van Enceladus gemaakt moeten zijn van niet-geconsolideerd, gemakkelijk vervormbaar, poreus gesteente. Deze kern kan gemakkelijk doordrongen worden door vloeibaar water, dat in de kern zou sijpelen en geleidelijk zou opwarmen door getijdenwrijving tussen glijdende rotsfragmenten. Als dit water eenmaal voldoende verwarmd was, zou het door temperatuurverschillen met zijn omgeving naar boven stijgen.
Dit proces brengt uiteindelijk warmte over naar de binnenzee in smalle pluimen die opstijgen naar de ijzige schaal van Enceladus. Eenmaal daar, zorgt het ervoor dat het oppervlakte-ijs smelt en kloven vormt waardoor de stralen de ruimte in reiken, waarbij water, ijsdeeltjes en gehydrateerde mineralen worden uitgespuwd die de E-ring van Saturnus aanvullen. Dit alles komt overeen met de waarnemingen van Cassini, en is duurzaam vanuit geofysisch oogpunt.
Met andere woorden, deze studie kan aantonen dat actie in de kern van Enceladus de nodige verwarming zou kunnen produceren om een mondiale oceaan in stand te houden en pluimactiviteit te produceren. Aangezien deze actie het resultaat is van de structuur van de kern en de getijdeninteractie met Saturnus, is het volkomen logisch dat ze al miljarden jaren plaatsvindt. Dus naast het geven van de eerste coherente verklaring voor de pluimactiviteit van Enceladus, is deze studie ook een sterke indicatie van bewoonbaarheid.
Zoals wetenschappers hebben begrepen, duurt het lang voordat het leven op gang komt. Op aarde wordt geschat dat de eerste micro-organismen zijn ontstaan na 500 miljoen jaar, en hydrothermale ventilatieopeningen zouden een sleutelrol hebben gespeeld in dat proces. Het duurde nog eens 2,5 miljard jaar voordat het eerste meercellige leven evolueerde, en planten en dieren op het land zijn er pas de afgelopen 500 miljoen jaar.
Wetende dat manen zoals Enceladus - die de nodige chemie heeft om levenslang te ondersteunen - ook al miljarden jaren de nodige energie hebben gehad, is daarom zeer bemoedigend. Je kunt je alleen maar voorstellen wat we zullen vinden als toekomstige missies de pluimen van dichterbij gaan inspecteren!
