Encelado (astronomía)

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Encelado
( Saturno II)
PIA17202 - Acercándose a Encelado.jpg
Satélite de Saturno
Descubrimiento 28 de agosto de 1789
Descubridor William Herschel
Parámetros orbitales
(en el momento J2000)
Semieje mayor 238020 kilometros
Periodo orbital 32 h 53 min 07 s
Respetar la inclinación
en equat. de Saturno
0,02 °
Excentricidad 0,0045
Datos físicos
Diámetro medio 498,8 kilometros
Volumen 67 113 076 km³ y 1.370218 d
Masa
8,6 × 10 19 kg
Densidad media 1,3 g / cm 3
Aceleración de gravedad en la superficie 0,079 m / s 2
Período de rotación 32 h 53 min 07 s
Rotación sincrónica
Inclinación axial 0 °
Temperatura
superficial
32,9 K (mínimo)
~ 70 K (promedio)
145 K (máx.)
Albedo 0,99
Datos de observación
Aplicación Magnitude. 11,8

Encelado (pronunciado / enˈʧɛlado / [1] ; en griego Ἐγκέλαδος) es un satélite natural de Saturno , descubierto el 28 de agosto de 1789 por William Herschel . Es el sexto satélite natural de Saturno en orden de magnitud. [2]

Hasta el paso de las dos sondas Voyager , a principios de la década de 1980 , las características de este cuerpo celeste eran poco conocidas, aparte de la identificación del hielo de agua en la superficie. Las sondas mostraron que este satélite tiene solo 500 km de diámetro y refleja casi el 100% de la luz solar. La Voyager 1 reveló que Encelado orbita en la región más densa del anillo E de Saturno, mientras que la Voyager 2 reveló que, a pesar de su pequeño tamaño, el satélite tiene regiones que van desde superficies antiguas con muchos cráteres de impacto hasta áreas recientes que datan de unos 100 millones de años.

En 2005 , gracias a varios vuelos cercanos de la nave espacial Cassini , se revelaron detalles de la superficie que respondieron muchas de las preguntas abiertas de la nave espacial Voyager y plantearon otras nuevas. En particular, la nave espacial descubrió una columna rica en agua que se eleva en la región del polo sur. Este descubrimiento, junto con la presencia de fugas de calor internas y algunos cráteres de impacto en el polo sur, indica que Encelado se encuentra actualmente geológicamente activo. Las lunas en los sistemas de gigantes gaseosos a menudo quedan atrapadas en resonancias orbitales que involucran libraciones forzadas o excentricidades orbitales; la proximidad al planeta padre también puede inducir el calentamiento del satélite generado por las fuerzas de las mareas .

Encelado es uno de los tres cuerpos celestes del sistema solar exterior (junto con la luna Io de Júpiter y la luna Tritón de Neptuno ) donde se han observado erupciones activas. Los análisis de los gases emitidos sugieren que fueron generados por agua líquida ubicada debajo de la superficie. Junto con los análisis químicos de la pluma, estos descubrimientos han alimentado la hipótesis de que Encelado es un importante tema de estudio en el campo de la exobiología [3] . También se ha sugerido que Encelado es la fuente de los materiales del anillo E.

Nombre de pila

El nombre de este satélite deriva del Encelado de la mitología griega . También se le denomina Saturno II o II S Encelado. El nombre "Encelado", y los nombres de los siete satélites de Saturno conocidos entonces, fueron sugeridos por el hijo de William Herschel , John Herschel , en su publicación de 1847 sobre los resultados de las observaciones astronómicas realizadas en el Cabo de Buena Esperanza . Este nombre fue elegido porque Saturno , conocido con el nombre de Cronos en la mitología griega , era el señor de los titanes . Las características de Encelado recibieron el nombre de la IAU basado en los personajes y lugares del libro Las mil y una noches [4] . Los cráteres de impacto llevan el nombre de los personajes, mientras que las otras estructuras como Fossae (depresiones o pozos), Dorsa (crestas), Planitiae (llanuras) y Sulci (largos surcos paralelos) toman el nombre de los lugares. 57 características recibieron oficialmente el nombre de la IAU, incluidas 22 después de los sobrevuelos de la nave espacial Voyager y 35 en noviembre de 2006 después de los tres sobrevuelos de la nave espacial Cassini en 2005 [5] . Algunos de los nombres que se han dado son Samarkand Sulci , cráter Aladdin , Daryabar Fossa y Sarandib Planitia .

Observación

Encelado fue descubierto por Fredrick William Herschel el 28 de agosto de 1789 , con el uso de su nuevo telescopio de 1,2 m , el más grande del mundo en ese momento [6] [7] .

Herschel observó por primera vez este satélite en 1787, pero no lo reconoció con su pequeño telescopio de 16,5 cm [8] . La magnitud débil (alrededor de +11,7) y su proximidad al brillante Saturno y sus anillos dificultan la observación de Encelado desde la Tierra y requiere un telescopio con una apertura de 15-30 cm, dependiendo de las condiciones climáticas y de la contaminación lumínica de el área de observación. Como muchos de los satélites de Saturno descubiertos antes de la era espacial, se observó por primera vez cuando los anillos de Saturno se colocan "en el borde" de la Tierra, es decir, cuando nuestro planeta está dentro del plano de los anillos durante el equinoccio del gigante gaseoso. En estos periodos el brillo de los anillos se reduce y facilita la observación de Encelado.

Antes del programa Voyager , se realizaron pocas mejoras en la visión satelital en comparación con el punto brillante visto por Herschel y solo se pudieron estimar las características orbitales, la masa, la densidad y el albedo.

Exploración

Encuentros de la sonda Cassini con Encelado[9]
Fecha Distancia (km)
17 de febrero de 2005 1 264
9 de marzo de 2005 500
29 de marzo de 2005 64 000
21 de mayo de 2005 93 000
14 de julio de 2005 175
12 de octubre de 2005 49 000
24 de diciembre de 2005 94 000
17 de enero de 2006 146 000
9 de septiembre de 2006 40000
9 de noviembre de 2006 95 000
28 de junio de 2007 90 000
30 de septiembre de 2007 98 000
12 de marzo de 2008 52
30 de junio de 2008 84 000
11 de agosto de 2008 54
9 de octubre de 2008 25
31 de octubre de 2008 200
8 de noviembre de 2008 52 804
2 de noviembre de 2009 103
21 de noviembre de 2009 1 607
28 de abril de 2010 103
18 de mayo de 2010 201
28 de octubre de 2015 48

Las primeras imágenes de cerca se obtuvieron mediante sondas Voyager . La Voyager 1 fue la primera en sobrevolar el satélite a una distancia de 202 000 km el 12 de noviembre de 1980 [10] . Las imágenes adquiridas desde esta distancia tienen una resolución espacial baja, pero revelaron una superficie altamente reflectante desprovista de cráteres de impacto, lo que sugiere su edad relativamente reciente [11] .

La Voyager 1 también confirmó que Encelado está rodeado por la región de mayor densidad del anillo E de Saturno. Combinado con la reciente formación de la superficie, los científicos dedujeron que el anillo E se generaría a partir de partículas emitidas desde la superficie del satélite [11] .

La Voyager 2 sobrevoló Encelado desde una distancia más corta ( 87 010 km ) el 26 de agosto de 1981 , lo que permitió tomar imágenes de mayor resolución. Revelaron la naturaleza joven de su superficie. [12]

La superficie tiene varias regiones con diferentes edades, incluida un área en latitudes medias-altas con muchos cráteres y otra con pocos cráteres cerca del ecuador. Esta diversidad geológica contrasta con la antigua superficie cubierta de cráteres de Mimas , otro satélite ligeramente más pequeño de Saturno. La temprana edad de la formación geológica fue una gran sorpresa para la comunidad científica, ya que ninguna teoría pudo explicar cómo un cuerpo celeste tan pequeño (y frío, en comparación con Io ) podría tener signos de tal actividad. Sin embargo, la Voyager 2 no pudo determinar si Encelado estaba activo o si él era la fuente de los materiales del anillo E.

La respuesta a estas y otras preguntas tuvo que esperar hasta la llegada de la sonda Cassini, que entró en la órbita de Saturno el 1 de julio de 2004 . Dados los resultados obtenidos de la sonda Voyager 2 , Encelado se consideró una prioridad en las investigaciones de Cassini y se planearon varios sobrevuelos cercanos dentro de 1500 km de distancia y varios pasos elevados de "oportunidad" a una distancia de menos de 100 000 km . Los sobrevuelos ya realizados han revelado información importante en la superficie, como el descubrimiento de vapor de agua que emana de la región del polo sur. Estos descubrimientos han obligado a realizar correcciones en el plan de vuelo de la nave espacial para realizar sobrevuelos más cercanos [13] .

Características físicas

Vista de la órbita de Encelado (resaltada en rojo) desde el polo norte de Saturno

Orbita

Encelado es uno de los satélites internos más grandes de Saturno, el decimocuarto en orden de distancia, y orbita dentro del anillo E, el más externo de Saturno.

La distancia desde el centro del planeta padre es 238 000 km y de 180 000 km del borde de la atmósfera, entre las órbitas de Mimas y Teti . La órbita tarda 32,9 horas en rotar (la órbita es lo suficientemente rápida como para que el movimiento del satélite sea observable durante una sola noche). La resonancia orbital está en una proporción de 2: 1 con la de Dione , haciendo dos órbitas por cada órbita hecha por Dione. Esta resonancia ayuda a mantener la excentricidad orbital de 0,0047 y proporciona la energía para la actividad geológica [14] .

Como muchos de los principales satélites de Saturno, gira sincrónicamente con el período orbital, manteniendo una cara siempre apuntando hacia Saturno. A diferencia de la Luna , Encelado no parece tener un movimiento de libración alrededor de su eje de rotación; sin embargo, los análisis de la forma de este cuerpo celeste sugieren que en algún momento poseyó una libración forzada. Pudo haber sido una fuente adicional de energía.

Interacción con el anillo E

Vista lateral de la órbita de Encelado, en relación con el anillo E de Saturno.

El anillo E es el más externo y más grande de los anillos de Saturno. Hecho de materiales microscópicos compuestos de polvo y hielo, se extiende desde la órbita de Mimas y Teti , aunque algunas observaciones sugieren que puede extenderse más allá de la órbita de Titán , con un ancho de 1 000 000 km . Sin embargo, los modelos matemáticos han demostrado que dicho anillo sería inestable y tendría una vida útil de entre 10 000 y 1 000 000 de años. Por esta razón, debe estar constantemente abastecido de partículas. Encelado orbita dentro de este anillo, en el punto donde es más estrecho pero tiene la mayor densidad, y se ha planteado la hipótesis de que es la principal fuente de partículas del anillo. Esta hipótesis fue confirmada por un sobrevuelo de la sonda Cassini .

De hecho, existen dos mecanismos que suministran partículas al anillo [15] : la primera, y probablemente la fuente más importante de materiales, proviene de la pluma criovolcánica en la región del polo sur, ya que la velocidad de escape del satélite es baja (solo 866 km / h). El segundo mecanismo proviene del meteórico bombardeo del satélite que levanta partículas de polvo de la superficie. Este fenómeno no es único, pero está presente en todas las lunas de Saturno que orbitan dentro del anillo E.

Tamaño y forma

Comparación entre el tamaño de la Tierra y Encelado.
Encelado (arriba a la izquierda) transita en Titán, capturado por Cassini el 5 de febrero de 2006 . Encelado estaba a 4,1 millones de kilómetros de distancia y Titán a 1,2 millones de kilómetros más lejos.
Tamaño de Encelado en comparación con el Reino Unido.

Encelado es un satélite relativamente pequeño, con un diámetro medio de 505 km, sólo una séptima parte del diámetro de la Luna . Su masa y tamaño lo convierten en el sexto satélite más grande de Saturno después de Titán (5150 km), Rea (1530 km), Jápeto (1440 km), Dione (1120 km) y Thetis (1050 km), así como como uno de los satélites esféricos más pequeños.

La forma es de un elipsoide aplanado y las dimensiones (calculadas a partir de las imágenes tomadas por los instrumentos de la sonda Cassini ) son 513 (a) × 503 (b) × 497 (c) km donde (a) corresponde al diámetro en la dirección de Saturno, (b) el diámetro entre los polos más lejanos y más cercanos a lo largo de la órbita y (c) la distancia entre los polos norte y sur.

Superficie

Se han identificado al menos cinco tipos diferentes de terreno en Encelado. Además de los cráteres , hay llanuras suaves, extensas fisuras lineales [16] y cadenas montañosas.

Parte de la superficie es relativamente joven, probablemente de menos de 100 millones de años. Esto significa que Encelado ha estado activo recientemente con algún tipo de criovulcanismo u otro proceso de renovación de la superficie. El hielo limpio reciente que domina su superficie le da a Encelado el albedo más alto de cualquier otro cuerpo del sistema solar , 0,99 [17] . Debido a que refleja tanta luz solar, la temperatura media de la superficie es de sólo -201 ° C [18] .

Una imagen compuesta de la superficie de Encelado.

Encelado es demasiado pequeño para ser calentado por la desintegración radiactiva del interior. Encelado está en resonancia orbital 2: 1 con Dione , similar a lo que sucede entre Io y Europa , y esto puede ofrecer un mecanismo de calentamiento de las mareas ; sin embargo, probablemente sea insuficiente para derretir el hielo de agua. Por lo tanto, Encelado puede estar compuesto de algún material con un punto de fusión más bajo, en lugar de agua pura, aunque hasta ahora el VIMS ( Espectrómetro Visual e Infrarrojo ) de Cassini no ha encontrado ningún rastro de dicho material. Sin embargo, hay grietas, llanuras, suelo ondulado y otras deformaciones en la corteza que indican que el interior de la luna puede ser líquido, aunque debería haberse congelado hace miles de millones de años.

Las observaciones realizadas en 2005 por la nave espacial Cassini revelaron características adicionales de la superficie, por ejemplo, las llanuras suaves observadas por la Voyager 2 fueron fotografiadas con una resolución más alta, revelando regiones relativamente libres de cráteres con muchas pequeñas crestas y escarpes. Además, las diferentes fracturas dentro de las regiones más antiguas cubiertas de cráteres sugirieron que la superficie debió haber sido sometida a una deformación posterior al cráter [19] y se descubrieron varias áreas en partes del satélite que no habían sido capturadas. De la sonda Voyager , incluido el extraño terreno presente cerca del polo sur [14] .

Cráteres

Cráteres degradados, capturados por Cassini el 17 de febrero de 2005 . El Hamah Sulci es visible extendiéndose de izquierda a derecha en la parte inferior de la imagen. Los cráteres de las unidades de 2 ct son visibles sobre el Hamah Sulci.
Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: cráteres de Encelado .

Los cráteres de impacto son comunes en muchos cuerpos del sistema solar. Gran parte de la superficie de Encelado tiene cráteres. A partir de los datos de la Voyager , se han identificado tres unidades geológicas diferentes en la topografía de los cráteres en función de la densidad de los propios cráteres, de ct 1 y ct 2 que contienen cráteres con un diámetro que varía entre 10 y 20 km y diferentes grados de degradación. a cp. se refiere a llanuras caracterizadas por pocos cráteres [20] . Esta subdivisión sugiere que Encelado renovó su superficie durante varias fases.

Las observaciones más recientes de Cassini han permitido una mirada más profunda a las unidades ct 2 y cp. Estas observaciones revelan que muchos cráteres de Encelado se han deformado fuertemente a través de fracturas y relajación viscosa [21] . Estos últimos provocan la deformación de estructuras geológicas como los cráteres que se formaron en el hielo de agua durante los períodos geológicos debido a los efectos gravitacionales. Los cráteres que sufren este efecto tienden a tener un fondo en forma de cúpula o consisten solo en la elevación del borde circular desde la superficie. El gran cráter Dunyazad es un excelente ejemplo de este fenómeno y tiene un fondo en forma de cúpula; Además, muchos otros cráteres han sido modificados por fracturas tectónicas: las fracturas tienen varios cientos de metros a un kilómetro de ancho y han alterado en gran medida el borde y el fondo del cráter. Casi todos los cráteres de Encelado fotografiados por la sonda Cassini en la unidad geológica ct2 muestran signos de deformación tectónica. Estas dos deformaciones muestran que, si bien los suelos con muchos cráteres son regiones más antiguas, casi todos los cráteres se encuentran en alguna etapa de degradación.

Tectónica

La Voyager 2 ha detectado varios fenómenos geológicos y los análisis más recientes sugieren que el tipo de deformación predominante es el de la tectónica de placas . Uno de los ejemplos más significativos son los cañones que alcanzan los 200 km de longitud, de 5 a 10 km de ancho y un kilómetro de profundidad.

Vista en falso color de la superficie, donde existen diferentes características de origen tectónico. Imagen tomada por Cassini el 9 de marzo de 2005 .

Otro ejemplo es un tipo de terreno con ranuras que consta de ranuras y crestas curvilíneas. Estas bandas, descubiertas por la Voyager 2, a menudo separan las llanuras lisas de las regiones cubiertas de cráteres. Estas áreas recuerdan fenómenos similares presentes en Ganímedes , aunque en Encelado la topografía parece más compleja: en lugar de ser rectilíneas, estas franjas de tierra aparecen como bandas aproximadamente alineadas y, a veces, parecen doblarse hacia arriba con grietas y crestas a lo largo de su longitud.

Mosaico de alta resolución de la superficie de Encelado.

Además de las fracturas profundas y los suelos acanalados, Encelado tiene otros tipos de suelos: fracturas más estrechas (varios cientos de metros de ancho) que fueron descubiertas por primera vez por la nave espacial Cassini. Estas fracturas se han observado en bandas que atraviesan terrenos con muchos cráteres, con profundidades de algunos cientos de metros. Muchos parecen haber sido influenciados durante su formación por el regolito frágil producido por los cráteres de impacto [21] [22] .

Algunas de las ranuras lineales observadas por la Voyager fueron filmadas con una resolución más alta y fluyen de norte a sur. También se han observado crestas en Encelado, aunque no se extienden como las que se encuentran en Europa .

llanuras

Samarkand Sulci en Encelado captada por Cassini el 17 de febrero de 2005 . A la derecha, se ve la parte noroeste de Sarandib Planitia.

Las primeras llanuras lisas observadas por la Voyager 2 se caracterizaron por relieves bajos y pocos cráteres, detalles que indican una edad relativamente reciente [20] . En uno de ellos, llamado Sarandib Planitia , no se ven cráteres de impacto, mientras que al suroeste hay escarpes. Se ha observado que estas llanuras están cubiertas de crestas bajas y fracturas. Estas características se interpretan como el efecto de deformaciones llamadas esfuerzos cortantes . Las imágenes de alta resolución de Sarandib Planitia también revelaron pequeños cráteres, que nos permiten estimar la edad en 170 millones de años o 3.700 millones de años, dependiendo de la población de los objetos impactantes [14] [23] .

La mayor cobertura proporcionada por Cassini ha permitido la identificación de otras regiones donde están presentes áreas lisas y planas, en particular en el hemisferio anterior (el lado del satélite que se dirige hacia el movimiento cuando el cuerpo celeste orbita alrededor de Saturno). Estas nuevas áreas no tienen crestas bajas, sino numerosos hoyos y crestas que se cruzan de manera similar a la región del polo sur. Esta área está en el hemisferio opuesto a las llanuras de Sarandib y Diyar, por lo que estas regiones pueden haber sido afectadas por los efectos de las mareas causadas por Saturno [24] .

Región del polo sur

El 14 de julio de 2005 , se tomaron imágenes que revelaron una región deformada que rodea el polo sur de Encelado. Esta área, que alcanza una latitud de 60 ° sur hacia el norte, está cubierta por fracturas y crestas [14] [25] , con pocos cráteres. Se cree que es la región más joven del satélite y de todas las demás lunas heladas de tamaño mediano: los modelos de velocidad de cráter sugieren que la edad es inferior a 10-100 millones de años. Cerca del centro hay cuatro fracturas llamadas rayas de tigre limitadas por crestas en ambos extremos. Estas fracturas parecen ser las estructuras más jóvenes de la región y están rodeadas por hielo de agua de grano grueso, que en falsos colores es verde menta, que se ha observado en otras partes de la superficie dentro de afloramientos y fracturas [25] .

La región es lo suficientemente joven como para no haber sido cubierta por el hielo de grano fino del anillo E. Los resultados espectrográficos indican que el material de color verde presente en esta región es químicamente distinto del resto de los materiales presentes en la superficie. De hecho, se ha detectado hielo cristalino, que podría ser muy reciente (menos de 1 000 años) o alterado térmicamente en el pasado reciente [26] . También se han detectado compuestos orgánicos simples en la región, que hasta ahora no se han encontrado en ningún otro satélite [27] .

Los límites de la región del polo sur están marcados por una serie de valles paralelos y crestas en forma de Y o V. La forma, orientación y ubicación de estas estructuras indican que fueron generadas por los cambios globales en la forma de Encelado. Actualmente, se han formulado dos teorías que pueden explicar tal modificación superficial. La primera teoría indica que la órbita puede haber sido colocada hacia adentro, aumentando la velocidad de rotación y provocando un aplanamiento a lo largo del eje de rotación de Encelado. Una segunda hipótesis sugiere que un eventual desplazamiento hacia arriba de una masa de material caliente de baja densidad dentro del satélite puede haber desplazado la región que estaba en las latitudes medias hacia la región polar.

Una consecuencia de la teoría del aplanamiento a lo largo del eje es que ambas regiones polares deben tener el mismo patrón de deformación, sin embargo, la región del polo norte tiene muchos cráteres y es mucho más antigua que el polo sur. Esto podría explicarse por variaciones en el grosor de la litosfera, respaldadas por las correlaciones entre las discontinuidades en forma de Y y las cúspides en forma de V a lo largo de la región del polo sur. Las discontinuidades y fracturas en forma de Y que han sido causadas por la tensión a lo largo de la dirección norte-sur están correlacionadas con el suelo de edad más joven con una litosfera más delgada. Las cúspides en forma de V están adyacentes a terrenos más antiguos y contienen más cráteres [14] .

Encelado (en colores falsos) tomado por la sonda Cassini.

Criovulcanismo

Plumas sobre el borde de Encelado que alimentan el anillo E. Parece que emanan del área llamada Rayas de Tigre cerca del polo sur.

Después de los sobrevuelos de la Voyager a principios de la década de 1980 , los científicos plantearon la hipótesis de que la luna podría ser geológicamente activa, debido a su superficie joven y reflectante y su posición dentro del anillo E [12] . Basado en la conexión entre Encelado y el anillo E, se pensó que Encelado era la fuente de los materiales del anillo, posiblemente a través de emisiones de vapor de agua desde el interior del satélite. Sin embargo, las sondas de la Voyager no pudieron encontrar evidencia definitiva.

Los datos proporcionados por los numerosos instrumentos de la sonda Cassini permitieron detectar fenómenos de criovulcanismo en 2005 . En estos fenómenos, los materiales erupcionados son agua y otros elementos volátiles, en lugar de magma. A partir de las imágenes tomadas entre enero y febrero por la nave espacial Cassini, se observó una columna de partículas heladas del polo sur del satélite, aunque en un principio se planteó la hipótesis de la presencia de un artefacto en la imagen. Los datos de los magnetómetros proporcionaron una pista de que el fenómeno podría ser real cuando encontraron signos de una atmósfera en Encelado. De hecho, el magnetómetro registró un aumento en la energía de las ondas electrostáticas de los iones cerca de Encelado. Estas ondas son producidas por la interacción de partículas ionizadas con campos magnéticos y su frecuencia puede usarse para identificar la composición, que en este caso fue vapor de agua [28] .

Durante los siguientes dos encuentros, el equipo científico determinó que los gases en la atmósfera del satélite se concentraban en la región del polo sur, con una densidad atmosférica disminuyendo a medida que uno se alejaba del polo. El espectrógrafo ultravioleta confirmó este resultado al observar sus ocultaciones estelares durante los sobrevuelos del 17 de febrero y 14 de julio. A diferencia de los magnetómetros, este último instrumento no detectó la atmósfera durante el sobrevuelo de febrero, sino que detectó vapor de agua sobre la región del polo sur en julio [29] .

Afortunadamente, la nave espacial voló a través de esta nube de gas durante la reunión de julio, lo que permitió el análisis directo de los instrumentos del espectrómetro de masas neutrales y de iones (INMS) y del analizador de polvo cósmico (CDA). Mientras que el primero midió la composición de los gases, detectando en su mayor parte vapor de agua junto con elementos menores como nitrógeno , metano y dióxido de carbono [30] , el Analizador de Polvo Cósmico detectó un aumento significativo en el número de partículas alrededor de Encelado, lo que confirma que la luna es la fuente principal de los materiales del anillo E [15] . Los análisis de los dos instrumentos sugirieron que la nube de gas atravesada por la sonda era en realidad una pluma criovolcánica rica en agua de la región polar [31] .

En noviembre de 2005, llegó la confirmación visual de la emanación de las partículas, cuando la sonda capturó una columna de partículas heladas al emerger de la región del polo sur (una columna había sido fotografiada antes, pero se necesitaban más análisis para la confirmación definitiva) [ 32] . Estas imágenes muestran la estructura de la pluma y revelan numerosos chorros (posiblemente generados por diferentes puntos de emisión) dentro de un componente más débil y difuso que se extiende aproximadamente a 500 km de la superficie, lo que convierte a Encelado en el cuarto cuerpo del sistema solar con actividad. Volcánico confirmado [31] (juntos con Tierra, Tritón e Io ).

Posible esquema para el criovolcanismo de Encelado.

El análisis combinado de imágenes, espectrografía de masas y datos magnetosféricos han sugerido que la pluma emana de cámaras subterráneas presurizadas, similar a los géiseres terrestres [14] . Dado que no se detectó amoníaco en los materiales expulsados, que podría actuar como anticongelante, las cámaras presurizadas podrían consistir en agua líquida pura a una temperatura de 270 K. El agua pura requeriría más energía para derretirse, proveniente de las fuerzas de las mareas o radiogénicas fuentes, en comparación con una mezcla de agua y amoníaco.

Otro posible método para generar tal fenómeno es mediante la sublimación del hielo de la superficie. El 14 de julio de 2005, el espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) detectó una región cálida cerca del polo sur, con temperaturas alrededor de 85-90 K y áreas pequeñas que alcanzan los 157 K. Estas temperaturas son demasiado altas para ser causadas por el calentamiento solar. de la región polar se calientan desde el interior del satélite. En tales condiciones, el hielo está lo suficientemente caliente como para sublimarse a un ritmo más rápido que la superficie, generando un penacho. La capa del subsuelo que calienta el hielo de la superficie podría ser una mezcla de agua y amoníaco a temperaturas de 170 K, lo que requeriría menos energía para producir el chorro. Sin embargo, la abundancia de partículas en las plumas favorece el modelo de "géiser frío" en lugar del modelo de sublimación de hielo [14] .

Alternativamente, Kieffer et al. (2006) sugirieron que los géiseres podrían generarse a partir de hidratos de clatrato , donde se liberan dióxido de carbono, metano e hidrógeno cuando se exponen al vacío del espacio por fracturas [33] . Questa ipotesi non richiederebbe l'energia per sciogliere il ghiaccio richiesta dal modello a "geyser freddo", e spiegherebbe anche la mancanza di ammoniaca.

Nel gennaio del 2020 un team di scienziati guidati da Christopher Glein dello Southwest Research Institute (SwRI) ha fornito nuovi indizi sulla possibile presenza di vita nell'oceano nascosto di Encelado [34] . Basandosi sull'analisi dei dati provenienti dalla sonda Cassini, gli studiosi hanno evidenziato come l'anidride carbonica presente nei geyser potrebbe derivare dalle reazioni chimiche che avvengono tra il nucleo roccioso della luna e l'acqua dell'oceano. Sempre nei geyser è stata identificata la presenza di silice e idrogeno molecolare, spie della presenza di sorgenti idrotermali sul fondale [35] .

Atmosfera

Nel marzo del 2005 la NASA ha annunciato che un magnetometro sull' orbiter della sonda spaziale Cassini ha scoperto un' atmosfera significativa su Encelado, che potrebbe essere vapore acqueo ionizzato .

Nel 2006, la NASA ha confermato l'osservazione di sbuffi di vapor d'acqua dalla superficie del satellite: si tratta della prima osservazione certa di acqua non ghiacciata al di fuori della Terra. Cassini ha compiuto un primo fly-by il 17 febbraio 2005, un secondo e più ravvicinato il 9 marzo 2005.

Poiché la gravità di Encelado è troppo debole per trattenere un'atmosfera, essa deve essere rifornita da qualche fonte, la NASA ha ipotizzato vulcani di ghiaccio o geyser . Sebbene l'atmosfera è stata descritta dai suoi scopritori come "significativa", la definizione è valida solamente se paragonata alle altre lune ghiacciate; l'atmosfera di Encelado è milioni di volte più sottile di quella della Terra , ed è invisibile alla Cassini.

Struttura interna

Modello dell'interno di Encelado basato sulle recenti scoperte della sonda Cassini . Il nucleo interno di silicati è rappresentato in marrone mentre il mantello esterno ricco di ghiaccio d'acqua è rappresentato in bianco. I colori giallo e rosso rispettivamente nel mantello e nel nucleo rispettivamente rappresentano un possibile diapiro sotto il polo sud. [24]

Prima della missione Cassini-Huygens era poco nota la struttura interna di Encelado, ma i recenti sorvoli della sonda hanno fornito varie informazioni per modellare l'interno del satellite, tra cui una migliore misurazione della massa e della forma tridimensionale dell'ellissoide, le osservazioni ad alta risoluzione della superficie e nuove scoperte nella geochimica del corpo celeste.

Le stime della massa effettuate dalle sonde Voyager suggerivano che Encelado fosse costituito quasi interamente di ghiaccio [12] . In base agli effetti gravitazionali sulla sonda Cassini è stata stimata una massa molto superiore rispetto ai dati precedenti, ricavando una densità di circa 1,61 g/cm 3 . Questo dato è superiore a quello delle altre lune ghiacciate di media dimensione di Saturno, indicando che Encelado possiede una percentuale superiore di silicati e ferro . Ne consegue che l'interno del satellite potrebbe aver generato una maggiore quantità di calore dal decadimento degli elementi radioattivi.

Castillo et al. 2005 suggerì che Giapeto e le altre lune ghiacciate di Saturno si siano formate velocemente dopo la formazione della nebulosa saturniana e quindi ricche di radionuclei con vita breve [36] . Questi, come l' alluminio -26 e il ferro -60 hanno un tempo di dimezzamento breve e producono calore in un tempo relativamente breve. Senza questi radionuclei brevi, l'ammontare di radionuclei a vita lunga non sarebbe stato sufficiente per evitare il congelamento rapido dell'interno, anche considerando la maggiore massa [37] .

Data la frazione relativamente elevata della massa composta di roccia, l'arricchimento di 26 Al e 60 Fe avrebbe generato un corpo celeste con un mantello ghiacciato e un nucleo planetario roccioso [38] . Il successivo riscaldamento dovuto agli effetti di marea e dalla radioattività avrebbe innalzato la temperatura del nucleo fino a 1 000 K, sufficiente a fondere il mantello interno. Tuttavia si sarebbe fuso anche parte del nucleo, formando delle camere magmatiche che si sarebbero modificate sotto la pressione gravitazionale di Saturno. Il riscaldamento da marea, come quello generato dalla risonanza con Dione o dalla librazione avrebbe sostenuto questi punti caldi fino a oggi e avrebbe fornito energia per le attività geologiche [39] .

Possibile oceano

Sul finire del 2008, gli scienziati hanno osservato pennacchi di vapore acqueo fuoriuscire dalla superficie di Encelado, dirigendosi poi verso Saturno. [40] Questo fenomeno potrebbe essere dovuto alla presenza di acqua liquida , e ciò significa che Encelado potrebbe essere in grado di supportare la vita. [41] Candice Hansen, una ricercatrice del Jet Propulsion Laboratory , ha diretto un gruppo di ricerca sui pennacchi dopo che è stato scoperto che questi raggiungono la velocità di circa 2 189 km/h . Siccome tale velocità è difficile da ottenere se non sono coinvolti liquidi, è stato deciso di investigarne la composizione. [42]

Si è scoperto così che nell' anello E circa il 6% delle particelle contiene una quantità significativa di sali di sodio, lo 0,5-2% in massa. Nella regione dei getti vicina a Encelado la frazione delle particelle "salate" aumenta del 70% in numero e più del 99% in massa. Queste particelle sono presumibilmente spray ghiacciato proveniente dall'oceano salato nel sottosuolo, mentre le particelle povere di sale si formano per nucleazione omogenea direttamente dalla fase gassosa. Le sorgenti delle particelle salate sono distribuite uniformemente lungo le " tiger stripes ", mentre le sorgenti delle particelle più "dolci" sono collegate ai getti ad alta velocità. Le particelle "salate" si muovono lentamente e per la gran parte ricadono sulla superficie della luna, al contrario di quelle più "dolci", che essendo più veloci fuggono verso l'anello E, spiegando così la sua composizione debolmente salata. [43]

La composizione dei pennacchi suggerisce che la loro origine sia un oceano salato sotto la superficie, o comunque una serie di cavità contenenti acqua salata. [44] Ipotesi alternative, quali la sublimazione dei clatrati idrati , non spiegano la formazione delle particelle salate. [43] In aggiunta, Cassini ha trovato tracce di componenti organici in alcuni granelli di polvere, [43] [45] Encelado potrebbe quindi ospitare vita extraterrestre [46] [47] .

La presenza di acqua liquida al di sotto della crosta implica che ci sia una sorgente di calore interna per mantenerla in tale stato: si pensa sia una combinazione tra il decadimento radioattivo e il riscaldamento mareale , [48] [49] in quanto quest'ultimo da solo non è sufficiente per spiegare tutto il calore. Mimas, un'altra della lune di Saturno, è più vicina al pianeta e ha un'orbita più eccentrica, e di conseguenza dovrebbe essere sottoposta a forze mareali maggiori di quelle di Encelado, ma la sua superficie vecchia e segnata implica che sia geologicamente morta.

Nell'aprile del 2014 è apparsa la notizia su Science che nuove prove sono emerse a sostegno dell'ipotesi dell'oceano di acqua liquida sotto la superficie ghiacciata. Da studi effettuati sulle analisi gravitazionali effettuate dalla sonda Cassini gli astronomi affermano che esiste nell'emisfero meridionale del pianeta un oceano 30–40 km sotto lo strato superficiale di ghiaccio, profondo 8 km e la cui massa totale è paragonabile a quella del Lago Superiore della Terra. Come il nucleo della luna, il fondale marino potrebbe essere roccioso, e questo creerebbe un ambiente favorevole ad alcune forme di vita. [50] [51] [52]

I dati della navicella spaziale Cassini hanno rivelato complesse molecole organiche provenienti da Encelado, rafforzando l'idea che questo mondo oceanico ospiti condizioni adatte alla vita. Potenti bocche idrotermali mescolerebbero il materiale proveniente dal nucleo poroso pieno d'acqua della luna con l'acqua proveniente dal suo oceano sottosuperficiale. Tale materiale viene rilasciato nello spazio, sotto forma di vapore acqueo e grani di ghiaccio. [53]

Cielo di Encelado

Raffigurazione artistica della superficie di Encelado.

Visto da un ipotetico osservatore sulla superficie di Encelado, Saturno avrebbe un diametro visibile di almeno 30°, sessanta volte più grande di quello della Luna vista dalla Terra. [54] Siccome la rotazione di Encelado è sincrona con il periodo orbitale e quindi mantiene sempre una faccia rivolta verso Saturno, il gigante gassoso non si sposterebbe mai nel cielo di Encelado (e sarebbe sempre invisibile dal lato opposto).

Gli anelli sarebbero visti da un angolo di soli 0,019° e apparirebbero come una linea stretta e luminosa che attraversa il disco di Saturno, con un'ombra chiaramente visibile. Come per la Luna, Saturno possiederebbe delle fasi, variando dalla fase piena alla fase nuova in circa 16 ore. Dal satellite il Sole avrebbe un diametro di soli 3,5 minuti d'arco, nove volte più piccolo rispetto alla Luna vista dalla Terra.

Un osservatore potrebbe vedere la luna Mimas (il satellite maggiore situato all'interno dell'orbita di Encelado) transitare su Saturno circa ogni 72 ore, con un diametro massimo di circa 26 minuti d'arco, circa lo stesso della Luna terrestre. Le lune Pallene e Metone apparirebbero invece puntiformi, mentre Teti raggiungerebbe una dimensione massima di un grado di arco (il doppio della Luna), ma sarebbe visibile solo dalla faccia non rivolta verso Saturno.

Note

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