Saturns måne Enceladus har fengslet forskere helt siden Voyager 2 oppdrag som gikk gjennom systemet i 1981. Mysteriet har bare blitt dypt siden ankomst til Cassini sonde i 2004, som inkluderer funn av fire parallelle, lineære sprekker rundt den sørlige polare regionen. Disse funksjonene fikk tilnavnet "Tiger Stripes" på grunn av utseendet og måten de skiller seg ut fra resten av overflaten.
Siden oppdagelsen deres har forskere forsøkt å svare på hva dette er og hva som skapte dem i utgangspunktet. Heldigvis har ny forskning ledet av Carnegie Institute of Science avslørt fysikken som styrer disse sprekker. Dette inkluderer hvordan de er relatert til månens plysjeaktivitet, hvorfor de vises rundt Enceladus 'sørpol, og hvorfor andre kropper ikke har lignende funksjoner.
Studien, som nylig dukket opp i tidsskriftet Naturastronomi, ble ledet av Doug Hemingway - en Carnegie-stipendiat med Instituttets avdeling for jordmagnetisme. Han fikk selskap av planetforskere Maxwell Rudolph fra University of California Davis og Michael Manga fra University of California Berkeley.
For studiens skyld, benyttet teamet geofysiske modeller av Enceladus for å undersøke de fysiske kreftene som lot Tiger Stripes danne seg og forbli på plass over tid. Spesiell interesse var grunnen til at disse stripene bare er til stede på månens sørpol, og hvorfor de er så jevnt fordelt. Som Hemingway forklarte:
“Først sett av Cassini-oppdraget til Saturn, er disse stripene som ingenting annet kjent i solsystemet vårt. De er parallelle og jevnt fordelt, omtrent 130 kilometer lange og 35 kilometer fra hverandre. Det som gjør dem spesielt interessante er at de stadig bryter ut med vannis, selv når vi snakker. Ingen andre isete planeter eller måner har noe som ligner dem. ”
Svaret på det første spørsmålet viste seg å være ganske interessant. Tilsynelatende avslørte modellene at sprekker som utgjør stripene kunne ha dannet seg på begge polene, de bare dannet seg på sørpolen først. Årsaken til deres eksistens har på den annen side å gjøre med Enceladus 'interaksjon med Saturn og eksentrisiteten i dens bane.
For å bryte det ned, tar Enceladus litt over et døgn (1,37 for å være nøyaktig) for å fullføre en enkelt bane av Saturn. På grunn av 2: 1-bevegelsesresonans 2: 1, har den med naboen Dione, Enceladus opplever en viss eksentrisitet i sin bane (0,0047), som går fra 236,918 km (147,214 mi) på sitt nærmeste (periapsis) til 239,156 km (148,605 mi ) lengst (apoapsis).
Denne eksentrisiteten får Enceladus til å strekke seg og bøye seg, noe som resulterer i indre oppvarming og geotermisk aktivitet. Denne prosessen er det som gjør det mulig for Enceladus å opprettholde et indre hav ved sin kjerne-mantelgrense. Det er ved polene der de største effektene av denne gravitasjonsinduserte deformasjonen føles mest, noe som fører til at islaken blir tynnere her og at sprekker dannes.
Denne prosessen fører også til perioder med avkjøling, i løpet av hvilken tid noen av Enceladus 'underjordiske hav vil fryse. Denne tining og frysing vil føre til at islaken tykner og tynnes nedenfra, og forårsaker endringer i trykk som fører til sprekker. Fordi islaken er tynnere ved stolpene, er den mest utsatt for sprekker, noe som fører til Tiger Stripes.
Disse funksjonene har alle navnene fra byer som er omtalt i det arabiske kompendiet med folkeeventyr De arabiske nettene: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus, og Damaskus Sulcus. Teamet mener at Baghdad Sulcus-sprekken var den første som ble dannet og ikke fryset opp igjen etter. Dette tillot vannplumes å rive ut innenfra, noe som til slutt fikk ytterligere tre parallelle sprekker til å dannes.
I utgangspunktet, etter at vannstrålene sprøytet fra månens overflate, ville de fryse ned i rommet og bli omplassert som snø på overflaten. Da snø bygd opp langs kantene av Bagdad-sprekken, tilførte den akkumulerte vekten en annen kilde til press på isplaten. Som Max Rudolph forklarte, forklarer dette ikke bare hvordan disse sprekker dannet seg, men hvorfor de løper parallelt med hverandre.
"Modellen vår forklarer den vanlige avstanden til sprekkene," sa han. "Det fikk isen til å bøye seg akkurat nok til å sette i gang en parallell sprekk omtrent 35 kilometer unna."
Den samme mekanismen forklarer hvorfor Enceladus's sprekker forblir åpne og fortsetter å utbryte med vann. Månens tidevannsinteraksjon med Saturn fører til en konstant syklus av tøyning og bøyning. Dette forhindrer at sprekkene lukkes og i stedet sikrer at de opplever et regelmessig mønster med utvidelse og innsnevring.
Hvorfor dette skjer på Enceladus og ikke andre måner - som Ganymede, Europa, Titan og andre "havverdener" - som kommer ned i størrelse. Større måner har sterkere tyngdekraft som forhindrer brudd forårsaket av tidevannsinteraksjoner fra å åpne seg helt inn i interiøret. Derfor er Enceladus den eneste kjente isete månen der Tiger Stripes kan forekomme. Som Hemingway karakteriserte det:
"Siden det er takket være disse sprekker at vi har klart å prøve og studere Enceladus 'underjordiske hav, som er elsket av astrobiologer, trodde vi det var viktig å forstå kreftene som dannet og opprettholdt dem. Vår modellering av de fysiske effektene som månens isete skall opplever, peker på en potensiell unik sekvens av hendelser og prosesser som kan gjøre det mulig for disse særegne stripene å eksistere. "
I de påfølgende tiårene håper man at et nytt oppdrag kan sendes til Saturn-systemet for å utforske Enceladus mer detaljert. Allerede data innhentet av Cassini har bekreftet at loddene som bryter ut fra sprekker inneholder organiske molekyler. Fremtidige oppdrag vil forsøke å avgjøre om utenomjordisk liv eksisterer under månens isete overflate.
