Satürn'ün uydusu Enceladus, küresel bir okyanusun etrafını saran donmuş bir kabuk ve güney kutbunun yakınında, kabuktaki çatlaklar su buharı ve buz parçacıklarını uzaya püskürtüyor — sanki kapalı tesisat diye bir şeyden haberi olmayan bir gayzer gibi. Bu parçacıklar, bilim insanlarına kilometrelerce buzu delmeden yabancı bir okyanusu inceleme fırsatı sunuyor; ki bu çok kullanışlı çünkü o kadar uzun bir matkap kimsenin elinde yok.

Tokyo Bilim Enstitüsü bünyesindeki Dünya-Yaşam Bilimleri Enstitüsü'nden (ELSI) araştırmacıların da yer aldığı uluslararası bir ekip, şimdi o okyanus suyunun yüzeyin altından yola çıkıp sonunda uzayda tespit edilen minik buz taneciklerine dönüşene kadar başına neler geldiğini araştırdı.

2004 ile 2017 arasında, NASA'nın Cassini uzay aracındaki Kozmik Toz Analiz Cihazı, Satürn'ün E-halkasındaki tek tek buz parçacıklarının bileşimini ölçtü; bu halka sürekli olarak Enceladus'tan püsküren malzemeyle besleniyor. Berlin Freie Üniversitesi'nden Prof. Frank Postberg liderliğindeki bir ekip, Tip 3 parçacıklar olarak bilinen tuz açısından zengin tanelerden alınan 961 kütle spektrumunu inceledi. Eğer taneler aynı okyanus suyunun küçük örnekleri olsaydı, bilim insanları bunların büyük ölçüde benzer tuz karışımları içermesini bekleyebilirdi. Oysa bazıları özellikle sodyum klorür açısından zenginken, diğerleri daha yüksek miktarda karbonat, fosfat veya potasyum klorür içeriyordu. Özellikle çarpıcı bir örüntü: klorür ve karbonat, sodyum açısından zengin aynı parçacıkta nadiren birlikte görülüyordu.

Bu, temel bir bilmeceyi ortaya çıkardı. Eğer tüm bu taneler aynı okyanustan geliyorsa, kimyasal bileşimleri neden bu kadar farklıydı? Bu, gezegen bilimindeki karşılığıyla, aynı restoranda aynı çorbayı sipariş edip her seferinde bambaşka baharatlar almak gibi bir şey.

Bu soruyu araştırmak için, ELSI'den Profesör Yasuhito Sekine ve meslektaşları, Enceladus'un okyanusunda bulunduğu düşünülen başlıca tuzları içeren laboratuvar damlacıkları oluşturdular. Araştırmacılar farklı boyutlardaki damlacıkları farklı soğutma koşullarında dondurdu ve damlacıklar katılaştıktan sonra kimyasal elementlerin nasıl dağıldığını inceledi. Sonuçlar, donma hızının büyük bir rol oynadığını gösterdi.

Yaklaşık 200 mikrometre çapındaki damlacıklarda, donma nispeten yavaş gerçekleştiğinde — dakikada yaklaşık 10 K veya daha az — tuzlar farklı bölgelere ayrıldı. Damlacıklar daha hızlı donduğunda ise kimyasal bileşenleri çok daha homojen bir şekilde karışmış halde kaldı.

Sekine, "Cassini'nin gördüğü çeşitliliğin, esasen aynı okyanus suyundan gelen damlacıklardan ortaya çıkabilmesi bizi şaşırttı" dedi. "Deneylerimiz gösteriyor ki, nispeten büyük okyanus damlacıkları yavaşça donduğunda, içlerinde farklı tuzlar ayrışabiliyor. Eğer bu donmuş damlacıklar daha sonra parçalanırsa, her biri çok farklı kimyasal bileşime sahip çok daha küçük buz taneleri üretebiliyorlar."

Bulgular, uydunun buzlu kabuğunun içinde neler olup bittiğine dair de bir şeyler ortaya koyabilir. Daha önceki çalışmalar genellikle Enceladus'tan çıkan deniz suyu spreyinin hızla donduğunu ve okyanustan ayrıldıktan kısa süre sonra hızla uzaya doğru hareket ettiğini varsayıyordu. Yeni deneyler farklı bir senaryoya işaret ediyor: damlacıklar başlangıçta yeraltı bacası sisteminde çok daha yavaş hareket edebilir ve yüzeye yaklaşmadan önce buzdaki çatlaklardan geçen karmaşık yollar izleyebilir.

Araştırmacılar, okyanus spreyinin önce onlarca ila yüzlerce mikrometre boyutunda damlacıklar oluşturduğunu öne sürüyor. Bu damlacıklar bacaların daha derin kısımlarında yavaşça ilerlerken kademeli olarak donuyor ve tuzların farklı bölgelere ayrılması için yeterli zaman kalıyor. Yüzeye yaklaşıldığında koşullar değişiyor. Gaz daha hızlı hareket etmeye başlıyor ve donmuş damlacıklar dar buz kanallarının duvarlarına yüksek hızla çarpabiliyor. Bu çarpışmalar damlacıkları çok daha küçük parçalara bölebiliyor. Her parça, orijinal donmuş damlacık içindeki farklı bir tuz açısından zengin bölgeden gelebiliyor ve böylece çok farklı kimyasal bileşimlere sahip taneler oluşuyor. Bu parçalar daha sonra uzaya kaçarak Satürn'ün E-halkasının bir parçası haline gelebiliyor.

"Cass