Vi tog nyligen farväl av rymdfarkosten Cassini, som efter 13 år av troget kretsande om Saturnus och dess månar styrdes att störta in i den gigantiska planetens atmosfär. Anledningen till den "stora finalen" var att skydda sig mot möjligheten att Cassini kan krascha in i en av Saturnus månar – i synnerhet Enceladus.

Med sin gardin av gejsrar och inre hav, Enceladus är unik. Som ett resultat, denna lilla, isig måne betraktas för närvarande som en potentiell värd för livet, och därför togs ingen chans att den skulle bli kontaminerad av rymdfarkosten Cassini. Nu ny forskning, publicerad i Nature Astronomy, antyder att detta hav har funnits inom Enceladus under mycket lång tid - möjligen tillräckligt länge för att skapa förutsättningar för att utveckla liv.

Gejsrarna är plymer av salt vattenis blandad med spår av koldioxid, ammoniak, metan och andra kolväten som bryter ut längs sprickor i Enceladus södra polarområde. Det var på grund av dessa gejsrar som forskare kunde räkna ut att Enceladus måste ha ett hav under sin isiga skorpa och att havet är aktivt (konvektion). En efterföljande observation att väte fanns i plymerna ledde till en ytterligare slutsats, att hydrotermisk aktivitet – kemiska reaktioner på grund av växelverkan mellan vatten och berg – pågick. Men vad forskare har misslyckats med att förklara är vilken värmekälla som kan driva denna aktivitet.

Allt eftersom fler observationer av plymens placering gjordes, mysteriet med den saknade värmekällan ökade. Gejsrarna är förknippade med funktioner som kallas "tigerränder" - en uppsättning av fyra, parallella fördjupningar, ca 100 km lång och 500 m djup. Temperaturen på ränderna är högre än den på resten av den isiga skorpan, så man antog att de måste vara sprickor i isen. Det finns nästan inga nedslagskratrar i området med tigerränder, så det måste vara väldigt ungt, i storleksordningen en miljon år gammal. Varje modell som påstod sig förklara värmekällan måste också ta hänsyn till dess fokuserade natur - havet är globalt, men varför är bara den södra polarregionen aktiv?

För några år, forskare har gynnat förklaringen av "tidvattenuppvärmning" - ett resultat av interaktioner mellan kroppar i planetstorlek. Till exempel är tidvatteninteraktion med vår egen måne ansvarig för ebb och flöde av vatten på jorden. Enceladus är i orbital resonans med månen Dione av samma storlek, som påverkar formen på Enceladus bana runt Saturnus. Effekten, dock, är otillräcklig för att ta hänsyn till den effekt som krävs för att hålla gejsrarna aktiva – beräknat till i storleksordningen 5GW. Detta skulle vara tillräckligt med kraft för en stad lika stor som Chicago.

Porös kärna

Forskare kom ett steg närmare att lösa pusslet när de tittade på Enceladus interna struktur. Månen har en densitet som är tillräckligt låg för att antyda huvudsakligen is med en liten, stenig kärna. Denna observation har varit känd i många år, ända sedan Voyager 2-uppdraget tog de första bilderna av Enceladus och bestämde dess radie, så att dess volym kan beräknas. Enceladus gravitationsdragare på Cassini gjorde det möjligt att uppskatta månens massa, ger ett värde för kroppens densitet. Tyngdkraftsmätningar av Cassini visade att kärnan också hade en låg densitet som kunde tolkas som att kärnan är porös, med porerna fyllda med is.

Den nya serien av beräkningar fyller kärnans porer med vatten, snarare än is, varav författarna visar att tidvattenkrafter associerade med porvattnet är mer än tillräckliga för att förklara hur Enceladus värme genereras. Modellen är imponerande eftersom den är så grundlig – inte bara med tanke på kärnans porositet, men dess permeabilitet (hur lätt kan vätskor röra sig genom den) och hur stark den är (kommer den att splittras eller böjas när vätskor rinner igenom den?). Forskarna tillämpar liknande detaljer på vätskan, med hänsyn till dess viskositet (hur rinnig den är), temperatur och sammansättning, samt dess konvektiva egenskaper (hur väl kan den transportera värme).

Att ta alla dessa parametrar tillsammans och tilldela antingen kända eller konservativt utvärderade värden till dem resulterar i ett skrämmande ekvationskomplex. Lyckligtvis, författarna (eller, åtminstone, deras datorprogram) kan lösa ekvationerna för att producera en elegant modell av värmeflöde inom Enceladus.

Författarna skapar en 3D-bild av var och hur värme från tidvattenrörelser inom porutrymmena överförs till havet under ytan. De finner att värmeavledning från kärnan inte är homogen, men framstår som en serie sammanlänkade, smala uppgångar där temperaturen är över 363K (85°C), med hotspots främst vid sydpolen. Eftersom värmekällorna är så fokuserade, det skulle vara ökad hydrotermisk aktivitet förknippad med dem – vilket förklarar vätet i plymerna.

Den sista spännande observationen som kommer från modellen är att mängden värme som produceras av det inre tidvattnet är tillräcklig för att upprätthålla Enceladus underjordiska hav i miljarder år. Innan detta, man trodde att om värmekällan för ett globalt hav under ytan hade varit radioaktivt sönderfall, havet skulle frysa om några miljoner år, vilket är anledningen till att tidvattenkrafter föreslogs som en potentiell värmekälla. Men igen, det fanns problem med en sådan modell, kräver förändringar i Enceladus omloppsbana – och trots det, ett hav skulle vara, i bästa fall, övergående.

Detta leder omedelbart till en annan uppsättning frågor:vad innebär detta för livet på Enceladus? Ett varmt globalt hav med en livstid på flera miljarder år skulle vara en fantastisk plats för livet att komma igång - det tog bara cirka 640 miljoner år för livet att utvecklas från mikrob till däggdjur på jorden. Tyvärr, fastän, Enceladus i sig kan vara ganska ung:en färsk tidning föreslog att månen kanske bara har bildats för cirka 100 miljoner år sedan – är det ett tillräckligt långt intervall för att livet ska ha kommit igång?

Möjligen – livet verkar ha kommit igång på jorden inom några hundra miljoner år efter dess bildande under mycket svårare omständigheter av nedslagsbombardement. Även om det tog ytterligare 3, 500 miljoner år eller så för att komma till livets dramatiska expansion. Kanske är det framtiden som ser ljus ut för Enceladus – om Enceladus hav har potential att hålla i miljarder år, Kan då en liknande evolutionär sekvens som den på jorden äga rum i mörkrets djup av ett Enceladen hav? Kanske ingen framtida dvärgplanet för aporna – men vad kostar en sjöjungfru?

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.