Questa visuale a colori amplificati di Encelado mostra gran parte dell’emisfero sud, che si trova nella parte inferiore dell’immagine, dove risiedono la gran parte dei getti a lunga durata osservati sulla luna di Saturno. Crediti: NASA/JPL/Space Science Institute
Le prime osservazioni dei geyser presenti su Encelado, una delle lune ghiacciate di Saturno, risalgono al 2005 e sono state effettuate grazie alla sonda Cassini. I processi che generano e sostengono queste eruzioni, però, sono rimaste a lungo un mistero. Di recente, due scienziati dell’Università di Chicago e dell’Università di Princeton potrebbero essere riusciti a individuare il meccanismo attraverso il quale le eruzioni su Encelado vengono prodotte. Sembra che le colpevoli siano le sollecitazioni mareali esercitate da Saturno.
«Sulla Terra le eruzioni tendono ad avere una durata limitata», dice Edwin Kite, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago. «Quando osserviamo delle eruzioni che durano nel tempo, significa che sono poche e localizzate ad ampie distanze una dall’altra».
Encelado, invece, ospita molto probabilmente un oceano al di sotto della sua superficie ghiacciata, ed è riuscito a formare molte fessure ravvicinate tra loro all’altezza del suo polo sud. Queste fessure sono state chiamate “tiger stripe”, letteralmente “strisce di tigre”, poiché la loro forma ricorda le macchie che si osservano sul manto di una tigre. Dalle tiger stripe vengono emessi sbuffi di vapore e particelle ghiacciate, e questa emissione prosegue indisturbata da decenni, se non addirittura da tempi più antichi.
«È un mistero che queste fessure continuino a essere attive nonostante la presenza di ghiaccio», dice Kite. «Ed è altrettanto misterioso il fatto che l’energia sottratta all’acqua dall’evaporazione non ne provochi la trasformazione in ghiaccio». Occorre una fonte di energia che bilanci il raffreddamento dovuto al fatto che l’acqua evapora. «Riteniamo che una probabile fonte di energia risieda in un meccanismo di dissipazione mareale che non era stato preso in considerazione in precedenza», spiega Kite.
«Questo nuovo lavoro è molto interessante, poiché mette in evidenza un processo che ci era sfuggito: l’estrazione di acqua dalle fratture profonde della crosta ghiacciata di Encelado ad opera di forze mareali», dice Carolyn Porco, capo del team di imaging della missione Cassini.
Nell’immagine un primo piano della superficie di Encelado, dove è possibile apprezzare le fratture che ricoprono la sua superficie e che sono state chiamate in maniera informale “strisce di tigre” a causa della loro forma allungata e più o meno parallela. A partire da queste fenditure partono i geyser di lunga durata di Encelado. Crediti: NASA/JPL/Space Science Institute
Kite ha definito Encelado «il miglior esperimento di astrobiologia nel sistema solare», e in effetti questa luna è uno dei candidati più forti per la ricerca di vita extraterrestre. I dati raccolti dalla sonda Cassini hanno indicato che il criovulcanesimo su Encelado ha origine in un ambiente acquatico favorevole alla presenza di biomolecole.
Il criovulcanesimo può avere avuto un ruolo chiave anche nel definire e modellare la superficie di Europa, una delle lune di Giove. «Europa ha molte somiglianze con Encelado, quindi spero che il nostro modello potrà essere utile anche per gli studi che riguardano questa luna gioviana», aggiunge Kite.
Kite e il suo collega Allan Rubin dell’Università di Princeton si sono domandati come mai Encelado mantenesse un livello base di criovulcanesimo lungo tutta la propria orbita, senza che le sue fessure mostrassero segni di congelamento. Il risultato dei loro studi è un modello teorico che sembra rispondere a tutti gli interrogativi rimasti aperti, ed è stato chiamato “modello Kite-Rubin”.
Il modello Kite-Rubin consiste in una serie di fessure verticali quasi parallele che, partendo dalla superficie, raggiungono lo strato di acqua sottostante. A questa trama di fessure gli scienziati hanno applicato le sollecitazioni mareali prodotte da Saturno e hanno atteso che il computer elaborasse la simulazione.
«La parte quantitativamente più complessa della simulazione è calcolare le interazioni elastiche tra le diverse fessure e il livello d’acqua che varia al loro interno in risposta alla sollecitazione mareale», spiega Kite. La larghezza delle fessure influisce sulla velocità di risposta alle forze mareali: se la fessura è ampia, le eruzioni rispondono in tempi rapidi, mentre se la fessura è stretta, le eruzioni possono avvenire anche molte ore dopo il picco dell’attività mareale.
Quattro immagini riprese in sequenza il 27 novembre 2005 mostrano i getti di particelle ghiacciate che vengono sparati fuori da Encelado, una delle lune ghiacciate di Saturno. Crediti: NASA/JPL/Space Science Institute
Nella regione in cui le forze mareali trasformano il movimento dell’acqua in calore, generando energia sufficiente a produrre i getti osservati, c’è il punto più delicato del sistema. Secondo le simulazioni di Kite e Rubin, i dati raccolti da Cassini durante i fly-by di Encelado dell’anno scorso potranno testare questo modello, rivelando se lo strato esterno di ghiaccio nella regione polare si trovi alla temperatura prevista dalla teoria o meno.
Kite e Douglas MacAyeal, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago, sono interessati a utilizzare questo modello per studiare un analogo terrestre dei geyser osservati su Encelado. Si è formata una crepa in una parte della barriera di Ross in Antartide, che sta creando la separazione di un intero blocco dal continente. «In quella crepa c’è un forte flusso mareale, perciò sarebbe interessante vedere come si comporta una lastra di ghiaccio in un ambiente analogo a quello di Encelado in termini di intensità delle sollecitazioni e temperatura del ghiaccio», conclude Kite.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences “Sustained eruptions on Enceladus explained by turbulent dissipation in tiger stripes” di Edwin S. Kitea e Allan M. Rubin