De maan van Saturnus Enceladus heeft sinds de Voyager 2 missie ging door het systeem in 1981. Het mysterie is pas verdiept sinds de komst van de Cassini sonde in 2004, waaronder de ontdekking van vier parallelle, lineaire spleten rond het zuidpoolgebied. Deze kenmerken kregen de bijnaam "Tiger Stripes" vanwege hun uiterlijk en de manier waarop ze zich onderscheiden van de rest van het oppervlak.
Sinds hun ontdekking hebben wetenschappers geprobeerd te beantwoorden wat dit zijn en wat ze in de eerste plaats heeft gecreëerd. Gelukkig heeft nieuw onderzoek onder leiding van het Carnegie Institute of Science de fysica onthuld die deze kloven beheerst. Dit omvat hoe ze verband houden met de pluimactiviteit van de maan, waarom ze verschijnen rond de zuidpool van Enceladus en waarom andere lichamen geen vergelijkbare kenmerken hebben.
De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Natuurastronomie, werd geleid door Doug Hemingway - een Carnegie Fellow bij het Department of Terrestrial Magnetism van het Instituut. Hij werd vergezeld door planetaire wetenschappers Maxwell Rudolph van de University of California Davis en Michael Manga van de University of California Berkeley.
Omwille van hun studie gebruikte het team geofysische modellen van Enceladus om de fysieke krachten te onderzoeken waardoor de Tiger Stripes zich konden vormen en op hun plaats konden blijven. Van bijzonder belang was de reden waarom deze strepen alleen op de zuidpool van de maan voorkomen en waarom ze zo gelijkmatig verdeeld zijn. Zoals Hemingway uitlegde:
“Voor het eerst gezien door de Cassini-missie naar Saturnus, zijn deze strepen als niets anders bekend in ons zonnestelsel. Ze zijn evenwijdig en gelijkmatig verdeeld, ongeveer 130 kilometer lang en 35 kilometer uit elkaar. Wat ze vooral interessant maakt, is dat ze voortdurend uitbarsten met waterijs, zelfs als we spreken. Geen enkele andere ijzige planeten of manen heeft zoiets als dit. '
Het antwoord op de eerste vraag bleek nogal interessant. Blijkbaar onthulden de modellen dat de spleten waaruit de strepen bestaan, zich bij beide polen hadden kunnen vormen, ze vormden zich eerst op de zuidpool. De reden voor hun bestaan heeft daarentegen te maken met de interactie van Enceladus met Saturnus en de excentriciteit van zijn baan.
Om het op te splitsen, duurt Enceladus iets meer dan een dag (1,37 om precies te zijn) om een enkele baan van Saturnus te voltooien. Vanwege de 2: 1 gemiddelde bewegingsresonantie, die het heeft met het naburige Dione, ervaart Enceladus enige excentriciteit in zijn baan (0,0047), gaande van 236.918 km (147.214 mijl) het dichtst (periapsis) tot 239.156 km (148.605 mijl) ) op zijn verste (apoapsis).
Deze excentriciteit zorgt ervoor dat Enceladus uitrekt en buigt, wat resulteert in interne verwarming en geothermische activiteit. Dit proces zorgt ervoor dat Enceladus een binnenzee in stand kan houden op de grens van de kernmantel. Het is aan de polen waar de grootste effecten van deze door de zwaartekracht veroorzaakte vervorming het meest worden gevoeld, wat ertoe leidt dat de ijskap hier dunner wordt en dat er kloven ontstaan.
Dit proces leidt ook tot periodes van afkoeling, gedurende welke tijd een deel van de ondergrondse oceaan van Enceladus zal bevriezen. Door dit ontdooien en bevriezen wordt de ijskap van onderen dikker en dunner, waardoor drukveranderingen ontstaan die tot scheuren leiden. Omdat de ijskap aan de polen dunner is, is deze het meest vatbaar voor scheuren, wat leidt tot de Tiger Stripes.
Deze functies ontlenen allemaal hun naam aan steden die voorkomen in het Arabische compendium van volksverhalen De Arabische nachten: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus en Damascus Sulcus. Het team is van mening dat de Baghdad Sulcus-kloof de eerste was die zich vormde en daarna niet meer bevroor. Hierdoor konden waterpluimen van binnenuit uitbarsten, waardoor er uiteindelijk nog drie parallelle kloven ontstonden.
Kortom, nadat de waterpluimen van het maanoppervlak waren gespoten, zouden ze opnieuw in de ruimte bevriezen en opnieuw worden afgezet als sneeuw op het oppervlak. Terwijl sneeuw zich ophoopte langs de randen van de Bagdad-kloof, zorgde het opgebouwde gewicht voor een extra druk op de ijskap. Zoals Max Rudolph uitlegde, verklaart dit niet alleen hoe deze kloven zijn ontstaan, maar ook waarom ze parallel aan elkaar lopen.
'Ons model verklaart de regelmatige afstand van de scheuren', zei hij. 'Daardoor was de ijskap net genoeg gebogen om een parallelle scheur op ongeveer 35 kilometer [mi] afstand te veroorzaken.'
Ditzelfde mechanisme verklaart waarom Enceladus 'kloven open blijven en uitbarsten met waterpluimen. De interactie van de maan met Saturnus leidt tot een constante cyclus van strekken en buigen. Dit voorkomt dat de kloven sluiten en zorgt ervoor dat ze een regelmatig patroon van verwijding en vernauwing ervaren.
Waarom dit gebeurt op Enceladus en niet op andere manen - zoals Ganymedes, Europa, Titan en andere 'oceaanwerelden' - die op maat komen. Grotere manen hebben een sterkere zwaartekracht die voorkomt dat breuken veroorzaakt door getijdeninteracties helemaal naar het binnenste openen. Daarom is Enceladus de enige bekende ijzige maan waar Tiger Stripes kan voorkomen. Zoals Hemingway het typeerde:
"Omdat we dankzij deze kloven de ondergrondse oceaan van Enceladus, die geliefd is bij astrobiologen, hebben kunnen bemonsteren en bestuderen, dachten we dat het belangrijk was om de krachten te begrijpen die ze vormden en ondersteunden. Onze modellering van de fysieke effecten die door de ijzige schaal van de maan worden ervaren, wijst op een mogelijk unieke reeks gebeurtenissen en processen waardoor deze kenmerkende strepen kunnen ontstaan. "
In de daaropvolgende decennia wordt gehoopt dat er nog een missie naar het Saturnus-systeem kan worden gestuurd om Enceladus nader te onderzoeken. Reeds gegevens verkregen door Cassini heeft bevestigd dat de pluimen die uit de spleten loskomen, organische moleculen bevatten. Toekomstige missies zullen proberen te bepalen of er ook buitenaards leven onder het ijzige oppervlak van de maan bestaat.
