Observationer från rymdfarkosten Cassini visar att den lilla yttre Saturniska månen Enceladus vinglar något när den kretsar runt planeten. Källan till denna wobbling har nu identifierats som en liten skillnad i tätheten mellan månens kärna och dess isiga skal. Denna skillnad är sannolikt resultatet av interaktioner mellan månens kärna och vattnet i dess underjordiska hav, vilket är känt för att existera från andra Cassini-observationer. Resultaten, publicerade i Nature Astronomy den 25 maj, kommer att hjälpa forskare att förstå mer om havet och dess kemiska miljö.

Den nya studien använder data från Cassini för att rekonstruera Enceladus form i oöverträffad detalj. Månens form styrs av både krafterna som verkar på den och dess inre egenskaper. Den nya formen, begränsad från bilder som tagits under Cassinis sista förbiflygningar innan den störtade in i Saturnus i september 2017, visar små avvikelser från en perfekt ellipsoid som troligtvis beror på lite olika mängder av tillplattning runt polerna och ekvatorn.

"Vi är särskilt känsliga för dessa formvariationer eftersom vi använder mycket exakta avståndsmätningar för rymdfarkoster, som i grunden består i att studsa en radiosignal mellan Cassini och Enceladus och exakt tajma dess restid", säger Luciano Iess vid Sapienza University of Rome, Italien, som ledde analysen.

När Enceladus kretsar kring Saturnus utövar dess varierande gravitationsfält - på grund av skillnaderna i densitet mellan kärnan och den isiga skorpan - en liten dragning på rymdfarkosten, vilket gör att Cassinis hastighet och bana ändras något. Eftersom rymdfarkosten befann sig i en nästan polär omloppsbana, korsade den upprepade gånger de områden där gravitationsfältet har en maximal effekt, nära månens ekvator, ungefär varannan timme under en period av 20 månader, vilket gav detaljerad information som möjliggjorde återhämtningen av månens form.

"En stel kropp som en stenig måne skulle ha visat sig i vår rekonstruktion med en nästan perfekt ellipsoidform", säger medförfattaren Dennis Matson från Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien. "Skillnaderna vi ser istället - små men tydligt synliga - orsakas nästan säkert av närvaron av ett globalt inre hav, som frikopplade isskalet från den steniga kärnan."

Enceladus hav är täckt av ett islager som är känt för att vara från flera kilometer till högst några tiotals kilometer tjockt, genom vilket strålar av saltat vatten och gas spyr ut från sprickor i den södra polarregionen och bildar de strålar som matar Saturnus magnifika E-ring. Teamet vet nu att hela det yttre isiga skalet är tjockt men inte stelt, och flyter och rör sig oberoende av kärnan.

Tjockleken på det isiga skalet är relaterat till temperaturen vid gränsen mellan kärna och skal, som avgör hur mycket is som kan smältas av den heta kärnan. Modeller av utvecklingen av isiga satelliter med ett hav under ytan förutspår att tjockleken på skalet bör öka när månen svalnar och havet fryser över tiden, vilket gör att mer av den inre värmen fångas inuti. Denna frysningsprocess ger en mekanism för att hålla Enceladus hav under ytan flytande, även om månens interna värmeproduktion nu förväntas vara liten.

"Förmågan hos Enceladus att upprätthålla ett hav under geologisk tid är ett nyckelkrav för att upprätthålla en beboelig miljö under isskorpan, vilket gör Enceladus till den främsta kandidaten för framtida utforskning med inriktning på sökandet efter liv i vårt solsystem", säger Iess.