Enceladus: kis hold nagy talányokkal

Messze a Nap melegétől, a Földtől több milliárd kilométerre található egy jéggömb, az Enceladus. 500 kilométeres átmérőjével csupán egy a Szaturnusz körül keringő apró jeges holdak között, melyek kivétel nélkül geológiailag halottak, ősi, kráterekkel tűzdelt felszínük eonok óta változatlan.

Ezzel szemben az Enceladus felszíne friss és új, emellett a Naprendszer legvilágosabb objektuma, a ráeső fény 90%-át veri vissza. A Voyager 1 és 2 a 80-as években kanyargó kanyonokat és kráterek elsimított körvonalait észleltek a felszínén. 2005-ben a Cassini űrszonda megállapította, hogy az Enceladus déli sarkvidéke melegebb, mint a hold többi területe, a legmeglepőbb pedig az volt, amikor gejzíreket észleltek az adott területen, melyek hatalmas páragomolyagokat lövellnek az űrbe.


A déli-sarki tevékenység felfedezése több régi rejtvényt is megoldott, mind a holdat, mind a szaturnuszi rendszert illetően, ugyanakkor egy egészen újat, talán az eddigieknél is szövevényesebbet állított a csillagászok elé. Vajon miféle különös földalatti mechanizmus működik a holdon, és miért csak ennél az egy jégbirodalomnál? A Naprendszerben mindössze három másik vulkanikusan aktív égitestet találunk, a Földet, valamint az Io és a Triton holdakat, melyek a Jupiter, illetve a Neptunusz körül keringenek. Ezek az égitestek azonban jóval nagyobbak, mint az Enceladus, a Triton például tömegét tekintve a kis hold kétszázszorosa.

Maga a párakilökődés ténye nem érte olyan váratlanul a kutatókat, mint a módja. A Voyager 1 1980-as adataiból megállapítást nyert, hogy az Enceladus pályája a Szaturnusz "E" jelű gyűrűjének legsűrűbb részébe esik, ami valójában egy finom jégrészecskékből álló sáv a bolygó gyűrűrendszerének peremén. Mindebből valószínűnek tűnt, hogy a hold alakítja ki az E-gyűrűt, az egyik elmélet szerint ez valamilyen vizes vulkanikus tevékenységgel történhet.

Az elméletet a Cassini egy 2005. novemberi felvétele igazolta, melyen közel egy tucat gejzír kitörés látható a déli-sarknál. A visszaverődő fényből sikerült kiszámítani a gomolyagok vízpára sűrűségét, melyből megállapították, hogy a hold másodpercenként több száz kilogramm anyagot lövell ki magából, ami a Yellowstone Nemzeti Park Old Faithful nevű gejzírének az átlagos teljesítményével egyenértékű. Az Enceladus azonban nem rendelkezik megfelelő gravitációval, hogy lelassítsa a kilökődő anyagot, így a gejzírek több száz kilométeres magasságba lövellnek, ki a világűrbe.

Az anyag egy része tovább száguld, ez a mennyiség táplálja az E-gyűrűt, a többség azonban finom hó és jég formájában visszahull a hold felszínére, hófehérre festve a jégvilágot. A közeli holdaknak is jut az Enceladus anyagából, az E-gyűrű jégrészecskéi megtapadnak a gyűrűt érintő Thetys, Mimas, Dione és Rhea holdak felszínén. Az anyagkilökődés magyarázatot ad arra is, hogy miért nincsenek kráterek az Enceladus egyes területein, a visszahulló hó és jég lassan feltölti és betemeti a mélyedéseket. Jeff Kargel, a tucsoni Arizona Egyetem munkatársa által alkotott elmélet szerint a leülepedett anyag idővel jéggé alakul, ami lassan elfolyik, akárcsak a földi gleccserek, így a hold furcsa tektonikus jegyeire is magyarázatot kapnánk, Kargel azonban hangsúlyozta, hogy mindez jelenleg pusztán feltételezés.

Sokkal nagyobb talány, hogy mi működteti a gejzíreket. Látszólag a déli sarkvidéket átszelő négy hosszú hasadékból lövellnek ki, melyeket tigriscsíkoknak neveztek el. A tigriscsíkok a Cassini adatai szerint meglepően melegek, közel 80 Celsius fokkal magasabb ott a hőmérséklet, mint a hold többi területén, ahol az átlagos felszíni hőmérséklet -200 Celsius körül mozog.


Az Enceladus déli sarkvidéke, középen a tigriscsíkokkal
Elképzelhető, hogy a tigriscsíkokban elhelyezkedő melegebb jég egyszerűen szublimál, közvetlenül párává alakul, vagy a gejzírek ugyanúgy működnek, mint a Földön, ahol meleg, széndioxiddal töltött víztárolók táplálják. Ha ez utóbbi a valóság, akkor folyékony víznek kell lennie mindössze néhány méterrel az Enceladus felszíne alatt, ez azonban a hold adottságainak ismeretében - igaz ez még korántsem teljes - elég merész feltevés. Susan Kieffer, az Illinois Egyetem asztrofizikusa egy harmadik lehetőséget is felvázolt. A forrás lehet egy szilárd jég halmazállapotú anyag, egy úgynevezett gázhidrát, melyben a gázmolekulát egy vízmolekulák alkotta rács veszi körül.

A Cassini 2005-ben átrepült egy ilyen kilövellésen, melyben nitrogént, metánt és más olyan gázokat talált, amik nehezen oldódnak hideg folyékony vízben, viszont eltárolódhatnak a gázhidrátokban, majd kijutva az űrbe szétbomlanak vízpárára és gázokra. A legnagyobb fejtörő azonban a gejzíreket működtető hőforrás mibenléte.

Valamennyi hő mindenképpen keletkezik az Enceladus kőzeteiben található uránium és tórium lassú radioaktív bomlásával, ez azonban közel sem elég a déli-sark által kisugárzott 3-7 gigawatthoz. Ennek a nagy részét elvileg a Szaturnusz gravitációja szolgáltathatja, a hold két oldalára ugyanis eltérő gravitációs erők hatnak a bolygó részéről. A gravitációs különbségből és a hold elnyújtott pályából adódik, hogy az Enceladus szinte naponta tágul és nyomódik össze, ez hozhatta létre a tigriscsíkokat is, illetve hozhatja felszínre a friss jeget, vagy a gázhidrátokat. Ha egy szilárd objektumot folyamatosan tágítunk és összenyomunk, akkor a belső súrlódás hatására hő keletkezik.

Ez a mechanizmus működteti az Io vulkánjait is, és jelenleg a bolygótudósoknak nincs más ésszerű magyarázatuk a kis holdban keletkező hőre. Ez önmagában azonban még mindig elégtelennek tűnik, különösen, ha figyelembe vesszük a másik szaturnuszi holdat, a Mimast, ami jóval közelebb helyezkedik el az óriásbolygóhoz. A Mimasra negyvenszer erősebb gravitációs erők hatnak, mint az Enceladusra, mégsincs semmi jele bármilyen felszíni melegedésnek, vagy aktivitásnak, pedig itt is akadnak bővével jókora hasadékok, mégis a Mimas az Enceladus mellett egy őskori kövületnek tűnik, sőt valójában is az.


Az sem egyértelmű, hogy hol helyezkedik el a hőforrás a holdon belül. Az Enceladus belső szerkezetéről még ma sem rendelkezünk kellő ismeretekkel, feltételezhető azonban, hogy a holdnak egy sűrű kőzetmagja van, amit vastag jégköpeny ölel körül. A szilárd kőzet túl rideg ahhoz, hogy az árapály erők felmelegítsék, és bár a jég már jóval rugalmasabb, a számítások szerint egy egyszerű jégköpeny még nem elegendő az észlelt jelenségekhez szükséges hő képzéséhez. A mag tehát nem tartozik az esélyesek közé, a tigriscsíkok viszont már gyanúsak. Ha a tigriscsíkok oldalai az árapály erők hatására előre és hátra mozognak, az nagyjából olyan mintha a két tenyerünk összedörzsölésével próbálnánk némi meleget kelteni, magyarázta Francis Nimmo, a Kalifornia Egyetem kutatója.

A kinyerhető hőmennyiség elsősorban a hold belső szerkezetén múlik, véli Nimmo, aki egyetért abban, hogy ha a jég egy kőzetmaghoz kötődik, akkor igen minimális mozgásra képes, ha azonban egy folyékony vízóceánon lebegne, akkor már megmagyarázható lenne a holdon tapasztalt hő és a kitörések is. Ezzel csak az a gond, hogy a hold elhelyezkedését tekintve minimális az esély a víz folyékonyan tartására, bár a radioaktivitás szolgáltathat elégséges hőt, ha egy gázhidrát réteg is jelen van, mint szigetelő, de akár egy jókora ammónia mennyiség is betölthetné a fagyálló szerepét.

A ma tapasztalható aktivitás ugyanakkor kapcsolódhat egy múltbeli hőforráshoz is. A kis hold pályájára hatással van egy másik hold, a Dione, ami pontosan kétszer annyi idő alatt kerüli meg a Szaturnuszt, mint az Enceladus. A keringésbeli harmónia azt jelenti, hogy a Dione gravitációja fokozatosan alakítgatja az Enceladus pályáját - ezért is olyan elnyújtott - a múltban pedig ennél jóval erősebb hatásokat is kifejthetett. Julie Castillo, a NASA Sugárhajtómű Laboratóriumának kutatója szerint a hőforrást egy ősi radioaktív lökés is beindíthatta. Elmélete szerint az Enceladus egykor rengeteg rövid élettartamú radioaktív izotópot raktározhatott, mint például aluminium-26-ot, amit egy közeli szupernóva robbanás vagy a fiatal Nap bocsáthatott ki magából. Az Enceladus sokkal sűrűbb, mint a Szaturnusz többi kis holdja, ami azt jelzi, hogy több kőzetet tartalmaz, ezáltal több radioizotóppal is rendelkezhet. A bomló izotópok megolvaszthatták a holdat és kialakíthattak egy forró kőzetmagot, ami azután magába szívva a Szaturnusz árapály hőjét már elegendő lehetett a fentebb leírt folyékony óceán megteremtéséhez.

A tengernyi elmélet teszteléséhez a Cassininak közelebbről is szemügyre kell vennie a holdat. A következő látogatás jövő márciusra esik, a küldetés tudósai pedig a sok talány miatt pályamódosítás mellett döntöttek, így a Cassini a tervezettnél közelebb merészkedik az Enceladushoz, 150 kilométeren belüli távolságban halad el majd a déli sarkvidék felett. Ebből a magasságból a szonda műszerei már a változó gázok jeleit is kimutathatják, például az ammóniáét. Ezen felül részletesebben feltérképezhetik a hőkibocsátást és a jégrészecskék arányát, ami döntő fontosságú lehet. Ha sok részecskét találnak, az azt jelzi, hogy egy heves folyékony víz gejzír, vagy szétbomló gázhidrátok idézik elő a kilökődéseket. Ha főként párát találnak, akkor a jelenség megmagyarázható a melegebb jég lassú szublimációjával.

Időközben folyamatosan vizsgálják a hold alakját és gravitációs mezőjét, ami a belső szerkezetről adhat újabb információkat. A Cassini képfeldolgozó csapatának vezetője, Carolyn Porco szerint nem sok esély van arra, hogy valaha is egy a jégréteg alatt elhelyezkedő óceánra bukkannának, ő ha már szavazni kell, akkor inkább egy sarkköri tengerre tenné a voksát. Ha pedig vízről van szó, akkor sokakban felmerül az élet lehetőségének kérdése is.

Egyszerű szerves vegyületek, mint metán, propán és acetilén, szintén megtalálhatók a gejzírben, az élet kialakulásához azonban a víz folyékonyan tartásához és egy élet energiaellátásához szükséges körülményeknek huzamosan rendelkezésre kellene állniuk, ehhez igen kétséges, hogy az Enceladuson zajló folyamatok elegendőek lennének. Ezt egy módon lehetne ellenőrizni - írja a New Scientist augusztus 22-i száma.

Gyakorlatban az Enceladus sokkal jobb célpont egy asztrobiológiai küldetés számára, mint a tudósok által körülrajongott Europa, melynek óceánjai több kilométerrel a felszíni jégtakaró alatt húzódnak. Ezzel szemben a szaturnuszi holdon a víz, ha valóban létezik, csak néhány tízméternyi mélységben lenne, sokkal egyszerűbb lenne egy mintavétel kivitelezése. Mégis az élet csábító eshetősége hiányában nincs sok esély egy ilyen küldetés finanszírozására, Porco szerint azonban nem kizárt, hogy belátható időn belül egy leszállóegységet küldenek a holdra, ami a felszínen szeizmikus méréseket fog végezni, jelentős mennyiségű és minőségű új adattal bővítve ismereteinket.