Tím vedcov odhalil dva nezávislé mechanizmy prestupu vrchnou vrstvou ľadu vďaka novému modelu slapovej deformácie ľadového obalu Enceladu.
Vizualizácia sondy Cassini nad Enceladom. Zdroj: Wikimedia Commons. Autor: Obrázok: Kevin M. Gill; Enceladus: NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill; Cassini Model: Brian Kumanchik, Christian Lopez. NASA/JPL-Caltech.
Tím výskumníkov z Matematicko-fyzikálnej fakulty Univerzity Karlovej (MFF UK) v Prahe, Prírodovedeckej fakulty Univerzity Karlovej (PrF UK) v Prahe a z CNRS/Nantes University predstavil nový model, ktorý vrhá svetlo na dynamiku gejzírov Saturnovho mesiaca Enceladus. Štúdiu uverejnil koncom augusta časopis Nature Communications.
Nové poznatky vďaka sonde Cassini
Ľadový mesiac Enceladus je jedným z mnohých mesiacov planéty Saturn, ktoré ju obiehajú v oblasti hlavných prstencov. V poslednej dekáde sa teší veľkej pozornosti zo strany vedcov vďaka gejzírom vodnej pary a ľadových kryštálikov, objavených sondou Cassini.
Gejzíry vychádzajú zo systému tektonických zlomov neďaleko južného pólu a fascinujú odborníkov okrem iného tým, že do priestoru neustále vyvrhujú vzorky vody z oceánu ukrytého hlboko pod ľadovým obalom mesiaca.
Aktivita gejzírov (viditeľná ako intenzita svetla odrážaného ľadovými časticami) sa periodicky mení spôsobom, ktorý zodpovedá slapovým silám budeným gravitáciou Saturna. Tie deformujú jeho ľadový obal, ktorý je okolo južného pólu tenší a rozpukaný mohutnými zlomami. Snaha vedcov vysvetliť pozorovanú aktivitu iba na základe slapovej deformácie sa prekvapivo míňala účinkom.
„Tieto modely určovali otváranie zlomov, a teda i obdobie zvýšenej aktivity, na základe slapových napätí a posunutí pôsobiacich kolmo na zlom. Viedli však k predpovedi výskytu jediného maxima aktivity, kým pozorovania ukazujú na prítomnosť dvoch období zvýšenej aktivity. Navyše časovanie hlavného maxima bolo oneskorené o päť hodín oproti teoretickej predpovedi,” upresnila Marie Běhounková z Katedry geofyziky MFF UK v Prahe.
Nový model slapovej deformácie
Vedci prepojili niekoľko dielčích modelov na rôznych úrovniach, aby sa im podarilo vysvetliť dynamiku gejzírov. Nová štúdia, publikovaná v časopise Nature Communications, pracuje s globálnym trojrozmerným modelom slapovej deformácie ľadového obalu Enceladu, ktorý predpovedá časové zmeny posunutia a napätia na štyroch hlavných zlomoch.
Spočítané údaje prepája s redukovaným lokálnym modelom gejzírov, ktorý zahŕňa vertikálne pohyby vodnej hladiny, tvorbu a transport pary a ľadových kryštálikov a ich únik do vonkajšieho priestoru.
Schéma súhrnného modelu časového priebehu aktivity, ktorý kombinuje globálne a dielčie lokálne komponenty. Trojrozmerný globálny model (panel a) určuje slapovú deformáciu na južnom póle stenčeného a rozpukaného ľadového obalu. Lokálny jednorozmerný model (panel b) zahŕňa vertikálny pohyb kvapalnej vody podpovrchového oceánu (I, biela), transport pary a ľadových častíc nad jeho hladinou (II, modrá) a nakoniec ich prestup vrchnou vrstvou ľadu (III, hnedá). Ten je zložený z dvoch mechanizmov: dýzového prúdenia prieduchmi riadeného vzájomným dotyčnicovým pohybom ľadových stien (panel c) a viac rozptýleného (difúzneho) toku vodnej pary kontrolovaného normálovým napätím (panel d). Zdroj: MFF UK
Na základe kombinácie týchto modelov vedci odhalili dva nezávislé mechanizmy prestupu vrchnou vrstvou ľadu − dýzové prúdenie prieduchmi a difúzny tok menšími puklinami. „Prvý mechanizmus súvisí s tvorbou medzier medzi posúvajúcimi sa ľadovými blokmi v dôsledku geometrických nerovností a dotyčnicových pohybov na zlomoch. Druhý mechanizmus si, naopak, predstavujeme ako prestup vodných pár poréznym materiálom v okolí zlomov. Priestupnosť takéhoto materiálu je riadená hlavne mechanickým napätím,” vysvetľuje Ondřej Souček z Matematického ústavu UK.
Model pomôže pri plánovaní ďalších misií
Okrem toho, že nový model vysvetľuje premenlivú aktivitu gejzírov na Encelade, mal by v budúcnosti tiež pomôcť lepšie plánovať ďalšie misie, ktoré budú vyvrhnutý materiál podrobne analyzovať. Kľúčový predpoklad existencie dvojitého mechanizmu prieniku materiálu k povrchu pritom naznačuje, že pôvod a zloženie vyvrhnutých častíc ľadu sa budú líšiť v čase, a umožňuje toto zloženie predikovať.
„Čerešničkou na torte je možnosť hydraulického zosilnenia: v určitej časti cyklu sa môže stať, že sa ľadové steny navzájom tesne priblížia a vytlačia na niektorých miestach hladinu oceánu oveľa vyššie než obvykle. Model tak predpovedá i načasovanie možného tretieho maxima aktivity, ktoré doterajšie pozorovania len naznačujú,” vysvetlil Martin Lanzendörfer z Ústavu hydrogeológie, inžinierskej geológie a aplikovanej geofyziky PrF UK.
Štúdia tak prináša nielen odpovede, ale i ďalšie otázky, na ktoré sa môžu teraz vedci zamerať. Očakávajú pritom, že dôležité podklady pre ďalšie výskumy im prinesie okrem iného Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba.
Zdroj: TS Matematicko-fyzikálna fakulta UK v Prahe
(zh)
