Spowolnione zamarzanie kropli z oceanu Enceladusa wyjaśnia różnorodność lodu w pierścieniu Saturna
- Cassini odkrył 961 cząsteczek lodu o różnym składzie chemicznym
- Eksperymenty laboratoryjne wykazały, że szybkość zamarzania wpływa na rozdzielenie soli
- Wolne zamarzanie w podziemnych wentylatorach wyjaśnia chemiczne zróżnicowanie
- To zmienia wyobrażenia o dynamice gejzerów Enceladusa
Księżyc Saturna Enceladus pokryty jest grubą lodową skorupą, pod którą kryje się globalny ocean. W rejonie południowego bieguna powierzchnia pęka, tworząc szczeliny, przez które woda i para są wyrzucane w kosmos, tworząc charakterystyczne gejzery.
W latach 2004-2017 sonda kosmiczna Cassini, korzystając z analizatora kosmicznego pyłu (CDA), mierzyła skład pojedynczych cząstek lodu, które trafiały do pierścienia E‑pierścienia Saturna. Naukowcy przeanalizowali 961 spektrów masy tzw. cząstek typu 3, bogatych w sole, i odkryli znaczne różnice w ich składzie chemicznym.
Różnorodność, która stawiała pytania
Niektóre cząsteczki okazały się wzbogacone chlorkiem sodu, inne - węglanami, fosforanami lub chlorkiem potasu. Szczególnie interesujące jest to, że chlorek i węglan prawie nigdy nie występują w tej samej cząsteczce bogatej w sód. Jeśli wszystkie cząsteczki pochodzą z jednego oceanu, taka różnorodność wydaje się zaskakująca.
Aby ustalić przyczynę, naukowcy z Earth‑Life Science Institute (ELSI) przy Instytucie Nauk w Tokio stworzyli modele laboratoryjne. Uformowali krople o średnicy od dziesiątek do dwustu mikrometrów, zawierające podstawowe sole, które prawdopodobnie występują w oceanie Enceladusa, i zamrażali je przy różnych prędkościach chłodzenia.
Wyniki pokazały, że przy wolnym zamarzaniu (≈10 K/min lub wolniej) sole oddzielają się w oddzielne obszary wewnątrz struktury krystalicznej. Przy szybkim zamarzaniu składniki chemiczne pozostają bardziej równomiernie rozłożone. W ten sposób nawet krople utworzone z tej samej wody oceanicznej mogą po zamarznięciu stać się chemicznie niejednorodne.
Badacze zasugerowali, że takie duże krople formują się w głębi podziemnych węzłów, gdzie poruszają się powoli, stopniowo się chłodząc. W miarę zbliżania się do powierzchni zamarzają, pozwalając solom się rozdzielić. Następnie, w momencie zetknięcia z węższymi kanałami i przyspieszającym przepływem gazu, zamarznięte krople rozpadają się na drobne cząstki, z których każda niesie unikalny zestaw soli.
Ten model zmienia wcześniejsze wyobrażenie o tym, że oceaniczna mgła zamarza natychmiast i od razu wylatuje w kosmos. Teraz uważa się, że proces zamarzania może zająć znaczną ilość czasu, a chemiczne zróżnicowanie lodu w pierścieniu E‑pierścienia jest naturalnym skutkiem różnych prędkości zamarzania w podziemnych szczelinach.
Zrozumienie tych mechanizmów jest ważne nie tylko dla interpretacji danych Cassini, ale także dla oceny potencjalnej zdatności do życia podlodowych oceanów. Gradieny chemiczne, które powstają podczas powolnej krystalizacji, mogą tworzyć mikrosrodowiska sprzyjające życiu mikrobiologicznemu.
Źródło: ScienceDaily
