גייזרים ומים בירח אנצלדוס

המעברים הסמוכים של הקאסיני לקרקע אפשרו לה לדגום בצורה ישירה את המים שבגייזרים. בדיקה מסוג זה היא בבחינת ההוכחה הטובה ביותר לקיומם של מאגרי מים גדולים ומלוחים מתחת לקרום של אנצלדוס

הגייזרים

לצורך קבלת מבט פנורמי של אנצלדוס ב-21.11.2009 בוצעה סדרת צילומים ברזולוציה גבוהה של הירח . התוצאה שהתקבלה היא תמונת פסיפס מרהיבה המראה התפרצויות של גייזרים. בתמונת הפסיפס זוהו 30 גייזרים בגדלים שונים. 20 מהם לא נראו בתצפיות קודמות. אחד הגייזרים שכן נראה בתצלומים קודמים, עוצמת ההתפרצות שלו היתה חלשה יותר בהשוואה להתפרצויות קודמות (1). באחת מטיסות המעבר של הקאסיני בסמוך לאנצלדוס, החללית נעה בתוך אחת מפלומות הגייזרים ובדקה את המשקל המולקולרי של המים מתוך מטרה לזהות מרכיבים כימיים הנספחים לקרח הנפלט במהלך ההתפרצויות של הגייזרים וזוהו מלחי נתרן ונתרן ביקרבונטי (3 NaCO). מקורן של תרכובות אלה הוא מתוך גוף הירח עצמו. הם נעו מהגרעין דרך מים נוזליים (2). בתצפיות אחרות זוהו גם מולקולות אורגניות (3). בשל המרחק הקצר למאוד של החללית מקרקע הירח (עשרות קילומטרים ובמקרה אחד המרחק היה לא יותר מ-25 ק”מ) אפשר להתייחס לתצפיות אלה כאילו נערכו בתנאים מעבדתיים.

בדיקה מעין מעבדתית זו שקולה לבדיקה בתנאי אמת ביחס להתנהגות חריגה של פלסמה. ממצאיה של הקסיני אישרו השערה אשר על פיה סמוך לאנצלדוס מצויה “פלסמה אבקתית” (“ “dusty plasma ). הירח הוא בבחינת מאגר גדול של חומר מיונן הממלא בועה מגנטית הנעה מסביב לשבתאי. קצב פליטת אדי המים מהירח הוא 100 ק”מ מים לשניה, דומה לזו המצויה בשביטים פעילים. סך החומר הנפלט מהירח הוא תערובת של גרגרי קרח בתוספת גזים ניטרליים. פלומת הגייזרים הופכת לחלקיקים טעונים היוצרים אינטראקציה עם הפלסמה המקיפה את שבתאי.

גודל הגרגרים הנפלטים נע בין מספר מולקולות עד ל-100 מיקרומטר. חלק גדול מגרגרים אלה, בדרכם החוצה לוכדים אלקטרונים מהקרקע. התברר כי בסביבה זו של אנצלדוס יונים בעלי מטען חיובי הם הפלסמה “הקלה” והיונים בעלי המטען השלילי הם הפלסמה “הכבדה”. לפחות מחצית מהאלקטרונים בעלי המטען השלילי צמודים לאבק והאינטראקציה שלהם עם החלקיקים בעלי המטען החיובי גורמת להאטת מהירות תנועתם של היונים. מכיון שלאבק יש מטען חשמלי והוא מתנהג כמו חלק מהפלסמה, ישנם חוקרים העושים הבחנה בינו לבין אבק הנמצא במקרה בתוך הפלסמה. מסיבה זו נעשית הבחנה בין “פלסמה אבקתית” לבין “אבק הנמצא בפלסמה”. מצב אחרון זה הוא האופייני במרחב הבינפלנטרי. התנאים ב”פלסמה האבקתית” מאפשרים לאבק להיות חלק מההתנהגות של הפלסמה כולה. מסיבה זו גדלה המורכבות המשנה את התכונות של הפלסמה ויוצרת דפוס פעולה קולקטיבי חדש (4).

המעברים הסמוכים של הקסיני לקרקע אפשרו לה לדגום בצורה ישירה את המים שבגייזרים. בדיקה מסוג זה היא בבחינת ההוכחה הטובה ביותר לקיומם של מאגרי מים גדולים ומלוחים מתחת לקרום של אנצלדוס. על פי ממצאים אלה החוקרים הגיעו למסקנה ששכבת המים מצויה בעומק של 80 ק”מ מתחת לקרקע, בין הגרעין הסלעי לבין מעטפת הקרח. המים מצויים בפאזה נוזלית בשל כוחות גיאות של שבתאי וירחים סמוכים וגם מחום הנוצר בעקבות דעיכה רדיואקטיבית. למאגרי המים חייבים להיות שטחי אידוי גדולים, שאם לא כן הם קופאים ומונעים אץ היווצרותן של הפלומות. חשוב לציין שמבחינת המיקום האסטרונומי של הירח, לא אמורים להיות בו מים. מרחקו מהשמש גדול מדי לצורך זה (5).

ביוני 2011 טלסקופ החלל הרשל מצא ענן דמוי טורוס של אדי מים הבאים מירח זה המקיף את שבתאי. אורכו של ענן זה הוא 600,000 ק”מ ועוביו 60,000 ק”מ והוא כנראה המקור לנוכחות מים באטמוספירה העליונה של שבתאי. בתצפיות טלסקופיות קודמות אי אפשר היה להבחין בטבעת זו מכיון שאדי מים שקופים עבור רוב אורכי הגל בתחום הנראה. הגילוי נעשה באמצעות גלאי האינפרה אדום של הטלסקופ (6).

מדידת אפיון הצבעים של פני השטח מראה שחלקיקי הקרח חוזרים לקרקע על פי דפוס החוזר על עצמו. התברר כי תופעת הפלומות ומקורות החום שלהן, הן בעלות תוחלת חיים ארוכה וגילן הוא אלפי שנים ויתכן אפילו עשרות מילוני שנים וכי בעבר חלקים נרחבים של פני השטח בשכבה דקה של חלקיקי קרח (7).

כוחות גיאות

ממכלול הצילומים שנעשו עד תחילת 2012 אפשר לראשונה לראות כי קיים מתאם בין הסילונים של אדי המים לבין כוח המשיכה של שבתאי. ממצא זה מאפשר לחוקרים לפתח תובנות חדשות באשר למכניזם של סילונים אלה, המעידים על כך ששבתאי יוצר לחצים על אנצלדוס. התברר כי לחצים אלה מרחיקים את השפות של רצועות הנמר זו מזו, כאשר אנצלדוס במהלך תנועתו סביב שבתאי נמצא קצת לפני המעבר בנקודה הקרובה לכוכב הלכת, כוח המשיכה של שבתאי מתחיל לעוות סדקים אלה. כוחות הגיאות גורמים לכך שמאגר גדול של מים בקנה מידה גלובלי או מקומי מביאים לכך שאנצלדוס יהיה גמיש (flex to ) כדי לייצר לחצים גדולים המעוותים את פני השטח. תהליך זה הוא שמתזמן את ההתפרצויות של סילוני המים. הועלתה גם השערה שהגיאות של שבתאי יוצרת חום רב על פני השטח (8).

העיוות בצורתו ככוח גיאות כבידתי ( gravitational tidel forcing ) יוצר לחצים הסודקים את הקרח במספר מקומות וכנראה משנה אותם על בסיס יומי. כוחות הגיאות יכולים לפתוח ולסגור את פתחי הסדקים ולגרום לכך ששפות הסדקים יתרחקו זה מזה במספר סנטימטרים. כוח זה יוצר גם חיכוך המשחרר חום נוסף אל פני השטח.

התברר גם כי כוח הגיאות אינו מספיק כדי ליצור את מלוא החום הנפלט אל פני השטח. הועלתה השערה שחלק מהחום כיום נוצר ונאגר בעבר בתוך הירח. על פי השערה זו מסלול תנועתו של אנצלדוס היה בעבר יותר אקסצנטרי. ככל שהאקסצנטריות גדולה יותר, כך גדל כוח הגיאות וגורם לשינויים מבניים ( structural changes) בירח, היוצרים את החום. במקרה זה החום נאגר בתוך הירח על ידי הפשרת חלק מהקרח. ומתסף אותו למים הנוזליים. עם הקטנת האקסצנטריות החום משתחרר אל פני השטח וכיום הוא שילוב של החום הנוצר כיום ושל החום שנאגר בעבר, מאחר שמשתחרר יותר חום ממה שנוצר. הירח הוא בשלב של התקררות והמים שוב הופכים לקרח. על פי מודלים אחרים הירח אינו קופא לחלוטין וכי האקסצנטריות יכולה לגדול שוב ונפתח מחזור חדש של חימום (10).

טמפרטורת פני השטח

בטיסת המעבר שבוצעה ב- 11.8.2008נמדדה טמפרטורה C ° 103 – ב- Damoscus Sulcus חום הגבוה ב- ° 100 מזה שבסביבה הקרובה. יכול להיות שבמקומות מסוימים החום אפילו גבוה יותר (11). במדידה שנעשתה ב-10.2009 נמדדה של C ° 165- במקטעים שונים ב- Sulcus Baghdad הטמפרטורה שנמדדה הטמפרטורה היתה גבוהה מ- C °93 – (12). במדידות שנעשו ב-2012 נמדדה בחלק מהסדקים טמפרטורה של C °83 – ( (10).

מקורות

1. PIA11688: Bursting at the seams
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA11688

2. “Salt in ice plumes hint at liquid on Saturn’s moon” 1.5.2009
http://timesofindia-indiatimes.com/articleshow/msid-4469861s/prtpage-1.cms

3. “ Cassini tastes icy material from Saturn moon geyser” 4.11.2009
http://www.spaceflightnow.com/news/n0911/04enceledus/

4. “Enceladus plume is a new kind of plasma laboratory” 1.6.2012
http://www.spacedaily.com/reports/ Enceladus_ Plume_ Is _A_ New_ Kind _Of_ Plasma _Laboratory_999.html

5. “Cassini samples the icy spray of Enceladus water plumes” 24.6.2011
http://www.spacedaily.com/reports/ Cassini _Samples_ The_Icy _Spray _Of_ Enceladus _Water_ Plumes_999.html

6. “Saturn moon Enceladus spreads its influence” 23.9.2011
http://www.spacedaily.com/reports/ Saturn_ Moon _Enceladus _Spreads_ Its_ Influence
_999.html

7. “Enceldus weather includes snow flurries” 5.10.2011
http://www.spacedaily.com/reports/ Enceldus_ Weather_ Includes _Snow_flurries_999.html

8. “Cassini sees Saturn streaming out Enceladus” 21.3.2012
http://www.spacedaily.com/reports/ Cassini_ Sees_ Saturn_ Streaming _Out_ Enceladus
_999.html

9. “Saturn’s icy moon may keep oceans liquid with wobble” 7.10.2011
http://www.spacedaily.com/reports/ Saturn’s_Icy_ Moon_ May_ keep _Oceans_ Liquid _With _Wobble_999.html

10. “Is it snowing on Enceladus?” 29.3.2012
http://www.spacedaily.com/reports/ Is_ It _Snowing_ On_ Enceladus_999.html

11. PIA12082: Warm Tiger Stripes
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12082

12. PIA12448: Zooming in on heat at Bughdad Sulcus
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12448