La luna di Saturno, Encelado, è un guscio ghiacciato avvolto attorno a un oceano globale, e vicino al suo polo sud, le fratture nella crosta spruzzano vapore acqueo e particelle di ghiaccio nello spazio come un geyser che non ha mai ricevuto il memo sull'idraulica domestica. Quelle particelle offrono agli scienziati un modo per studiare un oceano alieno senza perforare chilometri di ghiaccio, il che è comodo perché nessuno ha un trapano così lungo.

Un team internazionale che include ricercatori dell'Earth-Life Science Institute (ELSI) presso l'Institute of Science Tokyo ha ora indagato cosa succede a quell'acqua oceanica mentre viaggia da sotto la superficie e alla fine diventa i minuscoli grani di ghiaccio rilevati nello spazio.

Tra il 2004 e il 2017, il Cosmic Dust Analyzer a bordo della sonda Cassini della NASA ha misurato la composizione delle singole particelle di ghiaccio nell'anello E di Saturno, che è continuamente rifornito di materiale eruttato da Encelado. Un team guidato dal Prof. Frank Postberg presso la Freie Universität Berlin ha esaminato 961 spettri di massa da grani ricchi di sale noti come particelle di Tipo 3. Se i grani fossero semplicemente piccoli campioni della stessa acqua oceanica, gli scienziati potrebbero aspettarsi che contengano miscele di sali ampiamente simili. Invece, alcuni erano particolarmente ricchi di cloruro di sodio, mentre altri contenevano quantità maggiori di carbonati, fosfati o cloruro di potassio. Un modello particolarmente sorprendente: cloruro e carbonato raramente apparivano insieme nella stessa particella ricca di sodio.

Ciò sollevava un enigma di base. Se tutti questi grani provenivano dallo stesso oceano, perché le loro composizioni chimiche differivano così tanto? È l'equivalente in scienze planetarie di ordinare la stessa zuppa nello stesso ristorante e ricevere condimenti selvaggiamente diversi ogni volta.

Per esplorare quella questione, il Professor Yasuhito Sekine e colleghi dell'ELSI hanno creato goccioline di laboratorio contenenti i principali sali che si pensa siano presenti nell'oceano di Encelado. I ricercatori hanno congelato goccioline di diverse dimensioni in diverse condizioni di raffreddamento, poi hanno studiato come gli elementi chimici erano distribuiti una volta che le goccioline si erano solidificate. I risultati hanno mostrato che la velocità di congelamento gioca un ruolo importante.

In goccioline di circa 200 micrometri di diametro, i sali si separavano in regioni diverse quando il congelamento avveniva relativamente lentamente, a circa 10 K al minuto o meno. Quando le goccioline congelavano più rapidamente, i loro ingredienti chimici rimanevano molto più uniformemente mescolati.

"Ciò che ci ha sorpreso è che la diversità vista da Cassini potrebbe emergere da goccioline originate essenzialmente dalla stessa acqua oceanica", ha detto Sekine. "I nostri esperimenti mostrano che quando goccioline oceaniche relativamente grandi congelano lentamente, diversi sali possono separarsi al loro interno. Se quelle goccioline congelate vengono poi frammentate, possono produrre grani di ghiaccio molto più piccoli, ciascuno con composizioni chimiche molto diverse."

I risultati potrebbero anche rivelare qualcosa su ciò che accade all'interno della crosta ghiacciata della luna. Studi precedenti generalmente presumevano che lo spray di acqua marina da Encelado congelasse rapidamente e si muovesse rapidamente verso lo spazio subito dopo aver lasciato l'oceano. I nuovi esperimenti indicano uno scenario diverso: le goccioline potrebbero inizialmente muoversi molto più lentamente attraverso il sistema di condotti sotterranei, seguendo percorsi complicati attraverso fratture nel ghiaccio prima di avvicinarsi alla superficie.

I ricercatori suggeriscono che lo spray oceanico formi prima goccioline che vanno da decine a centinaia di micrometri di dimensione. Mentre quelle goccioline si muovono lentamente attraverso sezioni più profonde dei condotti, congelano gradualmente, dando ai sali abbastanza tempo per separarsi in regioni diverse. Più vicino alla superficie, le condizioni cambiano. Il gas inizia a muoversi più velocemente, e le goccioline congelate possono schiantarsi contro le pareti di canali ghiacciati più stretti ad alta velocità. Quelle collisioni possono rompere le goccioline in pezzi molto più piccoli. Ogni frammento può provenire da una diversa regione ricca di sale all'interno della gocciolina congelata originale, creando grani con composizioni chimiche molto diverse. Quei frammenti possono poi fuggire nello spazio e diventare parte dell'anello E di Saturno.

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