Jeden z najmniejszych księżyców Saturna ma skryty ocean

Ilustracja artysty przedstawia Mimasa na orbicie wokół Saturna. Mały księżyc przypomina Gwiazdę Śmierci z filmów Gwiezdne Wojny dzięki masywnemu kraterowi. Frédéric Durillon/Animea Studio/Observatoire de Paris - PSL, IMCCE

Naukowcy wcześniej myśleli, że Mimas jest po prostu dużym kawałkiem lodu, zanim misja NASA Cassini zbadała Saturna i niektóre z jego 146 księżyców, orbitując wokół pierścieniowej planety w latach 2004-2017.

Odkryty w 1789 roku przez angielskiego astronoma Williama Herschela, jako maleńka kropka w pobliżu Saturna, Mimas został po raz pierwszy zobrazowany z kosmosu przez sondy Voyager w 1980 roku. Kratery pokrywają powierzchnię Mimas, ale największy z nich ma 80 mil (około 130 kilometrów) średnicy i sprawia, że księżyc przypomina Gwiazdę Śmierci z filmów Gwiezdne Wojny.

Dane zebrane podczas przelotów Cassini nad Mimasem zaintrygowały astronomów. Księżyc potrzebuje nieco ponad 22 godzin, aby okrążyć Saturna i znajduje się tylko około 115 000 mil (186 000 kilometrów) od planety. Dane Cassini wykazały, że rotacja i ruch orbitalny Mimasa podlegały zmianom wywołanym przez wnętrze księżyca.

Zespół europejskich naukowców ustalił w 2014 roku, że albo sztywne, wydłużone i skaliste jądro, albo podpowierzchniowy ocean powodowały obrót i ruch Księżyca.

Aby kontynuować poprzednie badania, astronom Observatoire de Paris Dr. Valéry Lainey i jego koledzy przeanalizowali dane dotyczące ruchu orbitalnego, aby sprawdzić, który scenariusz jest najbardziej prawdopodobny. Wyniki badań zostały opublikowane w środę w czasopiśmie Nature.

Zespół ustalił, że obrót i ruch orbitalny księżyca nie pasują do obserwacji Cassiniego, z założeniem, że Mimas miał skaliste jądro w kształcie naleśnika. Zamiast tego ewolucja orbity Mimasa w czasie sugeruje, że wewnętrzny ocean ukształtował jego ruch, powiedział Lainey.

„To odkrycie dodaje Mimasa do ekskluzywnego klubu księżyców z wewnętrznymi oceanami, w tym Enceladusa i Europy, ale z wyjątkową różnicą: jego ocean jest niezwykle młody, szacowany na zaledwie 5 (milionów) do 15 milionów lat" - powiedział w oświadczeniu współautor badania dr Nick Cooper, honorowy pracownik naukowy w jednostce astronomicznej School of Physical and Chemical Sciences na Queen Mary University of London.

Stara powierzchnia, młody ocean 

Zespół badawczy określił pochodzenie i wiek oceanu Mimasa, badając, jak księżyc o średnicy około 400 kilometrów zareagował na siły grawitacyjne wywierane na niego przez Saturna.

„Ogrzewanie wewnętrzne musi pochodzić z pływów wzniesionych przez Saturna na Mimasie” – powiedział Lainey. „Te efekty pływowe wywołały tarcie wewnątrz satelity, zapewniając ciepło”.

Zespół podejrzewa, że ocean znajduje się na głębokości od 12,4 mil do 18, 6 mil (20 do 30 kilometrów) pod lodową skorupą Księżyca. Mówiąc językiem astronomii, gdy ocean jest tak młody, na powierzchni nie będzie żadnych zewnętrznych oznak aktywności, które wskazywałyby na obecność oceanu pod powierzchnią.

Kratery na Mimasie zachowują się jak charakterystyczne zmarszczki, co sugeruje, że powierzchnię ma starą. Jednak Enceladus Saturna wydaje się młodszy, ponieważ aktywne gejzery przyczyniły się do wynurzenia się, czyli osadzania się nowego, świeżego materiału na powierzchni księżyca.

Naukowcy twierdzą, że ocean wciąż ewoluuje, więc Mimas może zaoferować unikalny wgląd w procesy stojące za powstawaniem podpowierzchniowych oceanów na innych lodowych księżycach.

Bliższe spojrzenie na świat oceanów

Odkrycie może zmienić sposób, w jaki astronomowie myślą o księżycach naszego Układu Słonecznego.

„Jeśli Mimas ukrywa globalny ocean, oznacza to, że woda w stanie ciekłym może znajdować się niemal wszędzie” – powiedział Lainey. „Mamy już poważnych kandydatów na globalne oceany (na takich księżycach jak) Callisto, Dione i Triton”.

W 2017 roku NASA ogłosiła, że światy oceaniczne mogą być najbardziej prawdopodobnymi miejscami znalezienia życia poza Ziemią, a misje takie jak Juice Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz statki kosmiczne Europa Clipper i Dragonfly NASA będą badać potencjalne warunki do zamieszkania na księżycach Jowisza: Europie, Ganimedesie i Callisto oraz Tytanie, księżycu Saturna.

Światy oceaniczne, takie jak Enceladus i Europa (na górze po lewej, na górze po prawej), Tytan i Kallisto (na dole po lewej, na dole po prawej), a teraz Mimas (w środku), mogą być najlepszymi światami do poszukiwania życia poza Ziemią. Frédéric Durillon/ 

„Istnienie niedawno uformowanego oceanu ciekłej wody sprawia, że Mimas jest głównym kandydatem do badań dla badaczy źródeł życia” – powiedział Cooper.

Autorzy badania twierdzą, że być może nadszedł czas na obserwację innych pozornie spokojnych księżyców w Układzie Słonecznym, za którymi mogą kryć się warunki sprzyjające życiu.

„Odkrycia Laineya i współpracowników będą motywacją do dokładnego zbadania średniej wielkości lodowych księżyców w całym Układzie Słonecznym” – napisała dr. Matija Ćuk i Alyssa Rose Rhoden w artykule towarzyszącym badaniu. Ćuk jest pracownikiem naukowym w Instytucie SETI w Kalifornii, a Rhoden jest głównym naukowcem w Dyrekcji Nauk Planetarnych Southwest Research Institute w Kolorado.

Żaden z autorów nie był zaangażowany w badania, ale Rhoden jest autorem badań na temat potencjału „ukrytego” oceanu na Mimasie.

„Zasadniczo różnica między naszym artykułem z 2022 r. a nowym artykułem polega na tym, że odkryliśmy, że na podstawie geologii Mimasa nie można wykluczyć oceanu, podczas gdy w rzeczywistości wykrywa się sygnaturę oceanu na orbicie Mimasa” – powiedział Rhoden. „To najmocniejszy dowód, jaki mamy dotychczas na to, że Mimas naprawdę ma dziś ocean”.

Od czasu raportu z 2022 r. Rhoden i jej grupa badawcza kontynuują badania Mimasa i zgadzają się z wnioskami z nowego badania dotyczącego stosunkowo młodego wieku oceanu księżyca.

„Mimas z pewnością pokazuje, że księżyce o starych powierzchniach mogą zakrywać młode oceany, co jest całkiem fascynujące” – powiedział Rhoden. „Myślę, że możemy spekulować, że oceany powstały na księżycach znacznie później, niż często zakładamy”.