Пять типов солей в гейзерах Энцелада: что частицы рассказали об океане под ледяной корой

Данные зонда «Кассини» свидетельствуют, что солевые частицы в выбросах Энцелада, спутника Сатурна, гораздо разнообразнее по химическому составу, чем предполагалось раньше. Исследователи изучили спектры 961 ледяной частицы с высоким содержанием солей, которые зафиксировал прибор Cosmic Dust Analyzer в кольце E Сатурна — оно постоянно пополняется веществом из выбросов Энцелада.

Вместо единой совокупности частиц удалось выделить не менее пяти химических подтипов, которые отличаются преобладающими солями: хлоридами натрия, карбонатами и гидрокарбонатами натрия, фосфатами натрия, гидроксидом натрия и солями калия.

Такие частицы позволяют изучать океан Энцелада, скрытый под ледяной корой. Вода с растворёнными в ней веществами вырывается в космос через трещины и другие отверстия на поверхности, и там формируются ледяные зёрна. Прибор «Кассини» фиксировал состав частиц с 2004 по 2017 год. Анализ вещества кольца E даёт несравнимо больше измерений, чем редкие пролёты аппарата сквозь сам шлейф выбросов. Прежде частицы относили к трём основным группам: практически чистый водяной лёд, лёд с органическими соединениями и лёд с повышенным содержанием солей.

Чтобы понять, откуда берётся такое разнообразие, учёные в лаборатории замораживали капли раствора, имитирующего океанскую воду Энцелада, при заданных скоростях охлаждения. Опыты показали: если замерзание идёт медленно — медленнее 20 кельвинов в минуту, — то в сравнительно крупных каплях диаметром от десятков до сотен микрометров соли кристаллизуются и обособляются друг от друга. Термодинамические расчёты подтвердили, что фосфаты, карбонаты и хлориды выпадают в осадок при заметно различающихся температурах.

На этой основе исследователи предложили двухстадийную модель возникновения частиц. Вначале относительно крупные капли солёной воды медленно замерзают в подповерхностных ледяных каналах Энцелада, а растворённые соли распределяются по разным участкам льда. Затем замёрзшее вещество дробится на частицы размером порядка 1–2 микрометров — именно их «Кассини» и обнаруживал в выбросах. Следовательно, химический состав отдельных зёрен способен отражать процессы, протекающие в океане и ледяной оболочке спутника, а не только усреднённый состав воды.

Полученные результаты важны для будущих миссий, нацеленных на поиск признаков возможной обитаемости океана Энцелада. Анализ вещества в целом может скрадывать различия между отдельными компонентами, тогда как измерение состава каждой частицы позволяет выявить локальные химические особенности. Авторы подчёркивают: будущим аппаратам придётся исследовать множество отдельных ледяных зёрен, ведь если среди них найдётся частица с материалом микробного происхождения, её химический анализ потенциально поможет обнаружить биомаркеры. При этом в нынешней работе следов жизни не найдено — она объясняет, как образуются солевые частицы и почему их нужно изучать по отдельности.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Источник: iXBT