Данные, полученные анализатором космической пыли (CDA) АМС «Кассини», свидетельствуют о наличии в выбросах гейзеров Энцелада частиц оксида кремния нанометровых размеров. Эти коллоидные частицы образуются в горячих геотермальных источниках Энцелада путем осаждения из горячего перенасыщенного щелочного раствора. Соответствующее исследование было опубликовано в 519 номере журнала Nature.

Анализатор космической пыли (CDA) АМС «Кассини» показывает, что среди пылевых частиц кольца E часто встречаются частицы нанометровых размеров, богатые кремнием, но практически лишенные металлов. Точный состав этих частиц, строго говоря, неизвестен: они могут состоять из чистого кремния Si, кварцевого песка SiO2 или карбида кремния SiC. Однако поскольку ни чистый кремний, ни его карбид не могут образоваться в заметных количествах на планетном теле в Солнечной системе, авторы исследования пришли к выводу, что эти частицы состоят из кварца (оксида кремния SiO2). Радиусы кварцевых «пылинок» составляют всего 2-8 нм.


Составной масс-спектр, полученный при ударной ионизации наиболее богатых кремнием частиц кольца E. Пики Rh и Rh2 (отмечены синими полосами) образованы ионами, образовавшимися из материала самого анализатора CDA. Пик, соответствующий ионам углерода (также отмечен синей полосой), вызван загрязнением анализатора.
Как известно, кольцо E Сатурна образовано частицами, выброшенными гейзерами Энцелада. В большинстве своем эти частицы состоят из водяного льда и имеют размеры порядка микрона. Наличие в кольце E мелких кварцевых пылинок говорит о геотермальной активности недр Энцелада, продолжающейся в настоящее время.

Как образуются кварцевые пылинки нанометровых размеров? Авторы исследования рассмотрели несколько возможностей и пришли к выводу, что они формируются из горячего перенасыщенного водного раствора оксида кремния по мере его остывания.

Из лабораторных экспериментов известно, что при остывании горячего слабощелочного (pH ~ 8.5-10.5) водного раствора SiO2 выпадают коллоидные частицы оксида кремния с радиусами 1-1.5 нм, которые за несколько часов или суток вырастают до размеров 4-12 нм (т.е. приобретают радиусы 2-6 нм). При pH > 10.5 растворимость оксида кремния становится слишком большой, и формирования коллоидных частиц не происходит. Таким образом, размеры кварцевых пылинок могут сыграть роль своеобразных датчиков в изучении геотермальных выбросов на дне океана Энцелада.

Например, для образования кварцевых коллоидных частиц требуется горячая вода с температурой от +90°С при pH ~ 10.5 до +190°С (и выше) при pH ~ 8.5. Также необходимо, чтобы соленость этой воды оставалась умеренной, поскольку при высокой концентрации солей коллоидные частицы быстро слипаются друг с другом. По оценкам авторов статьи, соленость подледного океана Энцелада не превышает 4%. Небольшой размер коллоидных частиц говорит об их быстром переносе от мест выхода геотермальных флюидов на дне океана до трещин в ледяной коре – всего за несколько месяцев, максимум несколько лет. Если бы этот перенос длился несколько сотен лет, кварцевые песчинки вырастали бы до размеров ~ 1 мкм, чего явно не наблюдается. Все эти выводы складываются в непротиворечивую картину продолжающейся в настоящее время геотермальной активности недр Энцелада.


Схематичное изображение внутреннего строения Энцелада в области его южного полюса.
Итак, в южном полушарии Энцелада южнее широты 50° расположен подледный океан жидкой воды глубиной около 10 км. Соленость этого океана не превышает 4%, его реакция слабощелочная (8.5 < pH < 10.5). Давление в океане меняется от 10 до 80 атмосфер в зависимости от глубины. Сверху океан покрыт ледяной корой толщиной 30-40 км. Кору прорезают глубокие трещины, идущие от водного слоя до поверхности спутника, через эти трещины бьют гейзеры из ледяной пыли и водяного пара, а также других газов.

На дне океан соприкасается с каменным ядром Энцелада, верхняя часть которого, скорее всего, достаточно пористая и пронизана выходами геотермальных вод, температура в зоне выходов превышает 90°С.

Источники: http://www.nature.com/nature/journal/v519/n7542/full/nature14262.html
http://www.nature.com/nature/journal/v519/n7542/full/519162a.html
http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=5169
Перевод: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews%5...83e76f8236e289784e3dd21511e290