Кассіні показав різноманіття соляних зерен з океану Енцелада

Новий аналіз даних з апарата Cassini-Huygens показав, що солона «морось» з підльодовикового океану Енцелада замерзає та руйнується значно складніше, ніж вважалося раніше. Дослідники розглянули майже 1 000 окремих крижаних зерен із кільця E Сатурна та виявили, що соляні частинки з океану супутника поділяються на кілька різних хімічних типів, а не мають єдиного складу. Про це йдеться у публікації в журналі Science Advances, на яку звертає увагу Sci.News.

Як Cassini «збирав» зразки океану Енцелада

Енцелад має глобальний океан, що лежить під крижаною оболонкою та над кам’яним ядром. У надрах супутника, за рахунок припливного розігріву, ймовірно відбувається гідротермальна активність. Через кріовулканізм частина цієї води у вигляді дрібних крижаних частинок викидається в простір, формуючи шлейф та поповнюючи кільце E Сатурна мікро- та субмікронними зернами льоду.

З 2004 по 2017 рік прилад Cosmic Dust Analyzer (CDA) на борту місії NASA/ESA Cassini-Huygens фіксував індивідуальний склад цих крижаних зерен за допомогою мас-спектрометра ударної іонізації. На відміну від рідкісних коротких прольотів крізь сам шлейф, регулярні вимірювання частинок кільця E дають значно кращу статистику щодо складу підльодовикового океану.

Попередні аналізи спектрів CDA поділяли частинки на три основні групи. Тип 1 майже повністю складається з водяного льоду з ультрамалими домішками солей натрію (на рівні частин на мільйон). Тип 2 показує спектральні ознаки органічних сполук. Тип 3 — це багаті на солі крижані зерна з помітно підвищеною солоністю, які вважають замерзлими аерозольними краплями океану Енцелада.

П’ять підтипів соляних зерен замість одного

У новій роботі команда проаналізувала спектральні дані саме для 961 зерна Типу 3. Замість однорідної «солоної» суміші вчені виявили щонайменше п’ять хімічних підтипів, у яких домінують різні солі: хлорид натрію, карбонат/гідрокарбонат натрію, фосфат натрію, гідроксид натрію або солі калію.

На думку авторів, Енцелад фактично «виконує лабораторну роботу» за вчених: компоненти океанської води природним чином розділяються та концентруються в окремих крижаних частинках, що значно полегшує їхній аналіз за допомогою космічних інструментів.

Експерименти з «штучним океаном» та модель замерзання

Щоб пояснити, як саме відбувається таке розділення солей, дослідники заморожували в лабораторії краплі штучної океанічної води Енцелада з контрольованою швидкістю, а потім картували розподіл солей у льоді. Виявилося, що повільне замерзання (повільніше приблизно ніж 20 К за хвилину) у відносно великих краплях — від десятків до сотень мікрометрів — призводить до того, що різні солі кристалізуються окремо в різних ділянках.

Такі кристали виявилися значно більшими за крижані зерна у шлейфі, діаметр яких становить близько 1–2 мікрометри. Термодинамічне моделювання процесу замерзання підтвердило, що фосфати, карбонати та хлориди випадають у тверду фазу при помітно різних температурах.

У підсумку вчені пропонують двоетапний сценарій формування частинок у шлейфі Енцелада. Спочатку більші солоні краплі повільно замерзають усередині крижаних каналів під поверхнею, і в них відбувається розділення солей за складом. Згодом ці замерзлі краплі розбиваються на дрібніші, хімічно відносно «чисті» фрагменти, які й реєстрував Cassini як окремі зерна Типу 3.

Що це означає для пошуку життя

Результати вказують, що для розуміння хімії та потенційної придатності до життя океану Енцелада майбутнім апаратам потрібно аналізувати окремі крижані частинки, а не усереднений склад усього шлейфу. Кожне зерно може нести концентрований «зріз» певної групи речовин.

За словами дослідників, це добра новина для пошуку можливих біосигнатур. Якщо майбутня місія зможе дослідити велику кількість окремих крижаних частинок і випадково натрапить на зерно з мікробним матеріалом, вже існуючі технології аналізу можуть дозволити відносно легко виявити ознаки життя в такому зразку.

Автори підкреслюють, що робота базується на поєднанні спостережень Cassini, лабораторних експериментів та термодинамічного моделювання. Разом вони формують узгоджену картину того, як океан Енцелада «розкладається» на хімічні фрагменти в космічному просторі, залишаючи підказки для майбутніх дослідницьких місій.