Международная группа ученых под руководством Франка Постберга из Свободного университета Берлина выяснила, что спутник Сатурна Энцелад сам «сортирует» вещества из своего подледного океана, прежде чем выбросить их в космос. Из-за этого редкие соединения, в том числе органические, оказываются не размазаны тонким слоем по всем частицам, а собраны в немногих крупинках, зато в высокой концентрации. По мнению авторов, это облегчит задачу будущим экспедициям, которые будут изучать потенциальную обитаемость Энцелада. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Под ледяной коркой Энцелада скрыт глобальный океан соленой воды. Через трещины у южного полюса спутник выбрасывает фонтаны пара и ледяных крупинок, из которых формируется одно из колец Сатурна — кольцо E. Ученые изучили данные зонда «Кассини», анализатор пыли которого улавливал отдельные частицы кольца и определял их состав. Из более чем 7300 крупинок исследователи отобрали 961 частицу с высоким содержанием солей и обнаружили среди них как минимум пять разных групп. В одних преобладала поваренная соль, в других сода, в третьих фосфаты, в четвертых соединения калия. Разные соли почти никогда не встречались вместе. Например, хлориды и карбонаты одновременно нашлись лишь в 12 частицах из 858, хотя при случайном смешивании их было бы около 88.
Чтобы понять причину, ученые заморозили в лаборатории капли раствора, близкого по составу к водам Энцелада. Оказалось, что соли собираются в отдельные скопления, если капля достаточно крупная (больше десятка микрометров) и остывает медленно, не быстрее 20 градусов в минуту. Дело в том, что разные соли выпадают в осадок при разной температуре. Сначала, примерно при минус одном градусе, кристаллизуются фосфаты, затем, начиная с минус четырех градусов, карбонаты, и лишь около минус 23 градусов хлориды. При медленном остывании каждая соль успевает обособиться в своей части будущей льдинки.
На основе этого авторы предложили новую картину того, как зарождаются выбросы Энцелада. В глубине трещин, в сотнях метров под поверхностью, лопаются пузырьки газа и разбрызгивают капли океанской воды размером в сотни микрометров. Капли медленно поднимаются вместе с потоком пара и постепенно замерзают, на что уходит не меньше минуты. Ближе к поверхности поток резко ускоряется до сотен метров в секунду, льдинки раз за разом ударяются о стенки трещин и разбиваются на осколки в несколько микрометров. Большинство таких осколков содержит лишь одно вещество.
Ученые считают, что так же могут разделяться и органические соединения. Крупные органические молекулы, по одной из версий, изначально находятся в тех же соленых каплях, а затем отделяются при замерзании и дроблении. Похожим образом, по мнению авторов, могут расходиться по разным крупинкам и различные летучие органические вещества, которые оседают на льдинках при подъеме. Для сравнения: фосфаты, которые в океане Энцелада присутствуют в заметных количествах, нашлись лишь в девяти частицах из почти тысячи соленых. Вещества, которых в воде еще меньше, окажутся в еще меньшей доле крупинок, но будут там хорошо заметны.
Авторы называют это хорошей новостью для будущих миссий к Энцеладу, но с одной оговоркой: приборы должны анализировать частицы по отдельности, тогда редкое вещество будет легче обнаружить в одной концентрированной крупинке. Если же изучать выбросы целиком, все разделенные соединения снова смешаются и их следы может оказаться труднее различить.
