Enceladus, księżyc Saturna, to zamarznięta skorupa owinięta wokół globalnego oceanu, a w pobliżu jego południowego bieguna pęknięcia w skorupie wyrzucają parę wodną i cząsteczki lodu w przestrzeń kosmiczną niczym gejzer, który nie dostał notatki o instalacji wodno-kanalizacyjnej. Te cząsteczki dają naukowcom sposób na badanie obcego oceanu bez wiercenia przez kilometry lodu, co jest wygodne, bo nikt nie ma tak długiego wiertła.

Międzynarodowy zespół, w tym badacze z Earth-Life Science Institute (ELSI) przy Institute of Science Tokyo, zbadał teraz, co dzieje się z tą oceaniczną wodą, gdy podróżuje spod powierzchni i ostatecznie staje się drobnymi ziarnami lodu wykrytymi w kosmosie.

W latach 2004–2017 analizator pyłu kosmicznego na pokładzie sondy Cassini NASA mierzył skład poszczególnych cząstek lodu w pierścieniu E Saturna, który jest stale zasilany materiałem erupcyjnym z Enceladusa. Zespół pod kierownictwem prof. Franka Postberga z Freie Universität Berlin zbadał 961 widm masowych ziaren bogatych w sole, znanych jako cząstki typu 3. Gdyby ziarna były po prostu małymi próbkami tej samej wody oceanicznej, naukowcy mogliby oczekiwać, że będą zawierać zasadniczo podobne mieszaniny soli. Zamiast tego niektóre były szczególnie bogate w chlorek sodu, podczas gdy inne zawierały więcej węglanów, fosforanów lub chlorku potasu. Jeden szczególnie uderzający wzorzec: chlorek i węglan rzadko pojawiały się razem w tej samej cząstce bogatej w sód.

To nasunęło podstawową zagadkę. Jeśli wszystkie te ziarna pochodziły z tego samego oceanu, dlaczego ich składy chemiczne tak bardzo się różniły? To planetologiczny odpowiednik zamawiania tej samej zupy w tej samej restauracji i dostawania za każdym razem zupełnie innych przypraw.

Aby zbadać to pytanie, profesor Yasuhito Sekine i współpracownicy z ELSI stworzyli laboratoryjne kropelki zawierające główne sole uważane za obecne w oceanie Enceladusa. Naukowcy zamrażali kropelki o różnych rozmiarach w różnych warunkach chłodzenia, a następnie badali, jak pierwiastki chemiczne rozłożyły się po zestaleniu kropelek. Wyniki pokazały, że szybkość zamarzania odgrywa główną rolę.

W kropelkach o średnicy około 200 mikrometrów sole rozdzieliły się na różne regiony, gdy zamarzanie przebiegało stosunkowo wolno, przy około 10 K na minutę lub mniej. Gdy kropelki zamarzały szybciej, ich składniki chemiczne pozostawały znacznie bardziej równomiernie wymieszane.

„Zaskoczyło nas, że różnorodność widziana przez Cassini może wynikać z kropelek pochodzących zasadniczo z tej samej wody oceanicznej” – powiedział Sekine. „Nasze eksperymenty pokazują, że gdy stosunkowo duże kropelki oceaniczne zamarzają powoli, różne sole mogą się w nich rozdzielać. Jeśli te zamarznięte kropelki zostaną później rozbite, mogą wytworzyć znacznie mniejsze ziarna lodu, każde o bardzo różnym składzie chemicznym”.

Odkrycia mogą również ujawnić coś o tym, co dzieje się wewnątrz lodowej skorupy księżyca. Wcześniejsze badania zasadniczo zakładały, że rozpylona woda morska z Enceladusa zamarza szybko i szybko przemieszcza się w stronę kosmosu wkrótce po opuszczeniu oceanu. Nowe eksperymenty wskazują na inny scenariusz: kropelki mogą początkowo poruszać się znacznie wolniej przez podziemny system kominów, podążając skomplikowanymi ścieżkami przez szczeliny w lodzie, zanim zbliżą się do powierzchni.

Badacze sugerują, że rozpylona woda oceaniczna najpierw tworzy kropelki o rozmiarach od dziesiątek do setek mikrometrów. Gdy te kropelki powoli przemieszczają się przez głębsze odcinki kominów, stopniowo zamarzają, dając solom wystarczająco dużo czasu na rozdzielenie się na różne regiony. Bliżej powierzchni warunki się zmieniają. Gaz zaczyna poruszać się szybciej, a zamarznięte kropelki mogą z dużą prędkością uderzać w ściany węższych lodowych kanałów. Te kolizje mogą rozbijać kropelki na znacznie mniejsze fragmenty. Każdy fragment może pochodzić z innego regionu bogatego w sole w pierwotnej zamarzniętej kropelce, tworząc ziarna o bardzo różnych składach chemicznych. Te fragmenty mogą następnie uciec w kosmos i stać się częścią pierścienia E Saturna.

„Cass