エンケラドスの南極下には海がある

画像NASA / JPL / SSI / map by Steve Albers


エンケラドスの噴出水流の分析から、地下には生命に必要な物質があり、形から南極の地下には海がありそうだ
両方が本当なら、地球外生命体が存在する可能性大。
確たる証拠をつかむには、次の探査機には高分子を分析できる装置が必要か。

生命の源がエンケラドスの南極の下にある。
エミリーLakdawalla
2007年3月22日

エンケラドスが現在、地球的な生命を支持するのに必要な太陽系の中のたぶん水を持っているボディーの短いリスト、エネルギー、および化学にあるかもしれません。
エンケラドスの地質学上活動的な南極の基礎となる「スープ」と「海」のジャーナルイカロスヒントにおける2つの最近の研究。
1番目では、「エンケラドスは以下を噴出水流で飾ります」。
「熱い内部の組成の証拠」、デニス・マトソン、および彼の共著者は、エンケラドスの通気から吐くものの構成のための最もありそうな説明がエンケラドスの岩の多い内部を循環しながら暖かい流体で行われる触媒作用の化学を含んでいるのがわかります。
2番目では、「エンケラドスの南極海」、ジェフ・コリンズ、およびジェイソン・グッドマンで、南極の基礎となる液体水の巨大なボディーをモデル化することによって、エンケラドスの観測された形がわかります。
一緒に取って、2個の書類が、エンケラドスの深い内部が生命に好ましい状態を抱くかもしれないのを示します。
土星系へのカッシーニの到着の前に、エンケラドスにおける地質学の活動が土星の薄くて、凍っているEリングでの粒子の源であるかもしれないことが理論づけられました。
1981年に、エンケラドスのボイジャー2号イメージは、衛星の一部にはクレータが無いのを明らかにしました、しわの多い表面、最近の地質学の活動をほのめかして。
カッシーニは2005年前半に3つの厳密な接近飛行の間、南極の異常に暖かい領域の上の大気を見つけました。
その年のその後、カッシーニは、太陽が後ろからそれを点灯している状態でエンケラドスの写真を取って、南極からの水蒸気発散の噴水を写真を撮りました。
科学者は、現在、内部でエンケラドスの表面に状態を記録するイメージとデータが過程のために何に関して行くことを含意するかを理解していようとしています。

エンケラドススープのための料理法
他の議論のマトソンはエンケラドスの南極から発する噴出水流の構成をカッシーニのイオンと中性粒子分析計(INMS)による観測から進んでいます。
彼らは4つの化学物質の起源に特に興味を持っています:
窒素ガス(N2)(それは、噴出水流のおよそ4パーセント)。
メタン(CH4)(それは、2パーセント未満)。
そして、2つの炭化水素(アセチレン(C2H2)とプロパン(C3H8))が、跡にともに量を設立します。

エンケラドスの間欠泉の構成
(カッシーニのINMSによって測定されるように)
水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　91 ± 3%
(H2O)

窒素(N2)、そして/または、一酸化炭素　　　　4 ± 1%
(CO)

二酸化炭素(CO2)　　　　　　　　　　　　　　　　　3.2 ± 0.6%


メタン(CH4)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.6 ± 0.4%


他:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(<1%)
アンモニア
(NH3)

アセチレン
(C2H2)

シアン化水素
(HCN)

プロパン
(C3H8)


どんな物質もエンケラドスの内部、または土星の他の衛星のいずれにも終わらせることができた2つの方法があります:
衛星が形成されて以来、彼らがそこにいるか、またはそれらは衛星の内部に起こる化学反応の結果、作成されました。
マトソン他は、エンケラドスとタイタンの両方が土星の周りで同じディスクから形成されたので、両方がたぶん同様にそれらの窒素を手に入れたと推論します。
他の研究は、タイタンの窒素ガスが根本的ではありませんが、代わりに根本的なアンモニア(NH3)から始まる化学反応から発生したと示唆しました。
これらの化学反応は働くために熱を必要とします、温度575～850ケルビン、(摂氏300～575℃)
エンケラドスからのメタンの来ることが初めに、そこにあったか、または後で形成されたかを示唆するために、より少ない証拠があります。
アンモニアから窒素ガスを作るほど暖かいなら、マトソン他は、しかしながら、同じ状態が一酸化炭素か二酸化炭素からメタンを作り出す化学反応を支持すると主張するでしょうに。
それで、窒素とメタンの存在は、エンケラドスの内部が暖かかったと示唆します。
アセチレンとプロパンは別のおもしろい結論に通じます:
化学反応が液体水が暖かいことに接触しているのを必要とした行われたことであるのが前後にゆれます、岩石の中の金属と鉱物が化学反応を促進するのを許容して。
直接アセチレンを作るために、メタンが1,773ケルビンを超えてかなりの高温を必要とする、(摂氏1500℃)
これがエンケラドスの内部のために信じがたく高い温度に思えるので、マトソン他はアセチレンを作るために、より長い鎖状炭化水素が最初に、メタンから形成されて、次に、「ひび割れていること」を示します。
メタンから、より長い鎖状炭化水素を作る反応は、金属か粘土鉱物などの触媒を必要としますが、より適度の温度で続くことができます。

エンケラドスの中の触媒作用の化学がまた、動き回る窒素がある環境でアセチレンとプロパンを作り出したなら、さらに複雑な有機分子を生産する他の化学反応があったかもしれません、アミノ酸などのように。
カッシーニのINMS器具はそれらが存在しているかもしれない低濃度のときにこれらの化合物を検出するくらいには敏感ではありません、そして、エンケラドスの間欠泉はスペースにこれらを吐いているかもしれません、残念なことに、それは99の原子質量単位より大きい分子を検出できません。
それで、エンケラドスがアミノ酸を作っているかもしれないという提案は新しくて、より敏感な探知器をそこに送るまで仮説だけのままで残るでしょう。
しかしながら、2008年3月12日に計画されていたカッシーニの非常に厳密な接近飛行で、INMSは直接噴出水流を抽出できるでしょう、触媒作用の化学の仮説をサポートできた酸素、水素、および炭素の他の小さい化合物に関する証拠を見つけるかもしれないところで。
どこでこれらのすべての化学反応は行われるかでしょうか?
シナリオが、暖かい温度、液体水、および岩石が反応を促進するのを必要とするので、マトソン他は、反応がエンケラドスの氷のマントルと岩の多いコアの間の境界の近くの岩石の中のひびを通って動く水で起こったと示唆します。

マトソン他の研究が決議できない1つの重要な詳細がこのおもしろい化学が起こっていた時に関する問題です。
それは反応が現在活動的な内部に起こっていると仮定するのに誘惑していますが、また、触媒作用の化学が昔に起こったかもしれないのも、可能であり、現在の地質学の活動は単にそのような高温を必要としない過程による場所に既に既存の化学製品をもらっています。
しかし、異なった研究は、事実上、エンケラドスは現在岩の多いコアに接触して熱と液体水を持っています、まさにマトソン他が予測する環境を示します。

海は南極の下の中を進んでいます。

コリンズとグッドマンはエンケラドスからの内部を覗き見するためには外の異なった手がかりを使用しました:
その形。重力と遠心力の物理学はどんな回転しているボディーの形も決めます。
エンケラドスが滑らかであって、丸いのですが、球をすべて回転させるように、それは極軸の長さより赤道部の直径が長いです。
さらに、エンケラドスは惑星に公転周期回転にロックされます(太陽系の中のほとんどの衛星のように)。
いつも土星に向かって同じ表面を指し続けるので、永久的な潮汐力の優勢が赤道にありました、そして、あるものは惑星を指し示しました、そして、1つは惑星から遠くに指しました。
これらの力のすべての結果、潮汐力の軸に沿って最も長い三軸楕円面でエンケラドスの形に近似できます(赤道の軸は土星に向かって指しました)、潮汐力の軸に垂直で、極軸に沿って最も短い赤道の軸に沿って中間的です。
本当の世界では、わずかな衛星がこの単純理論が予測するだろうというのと全く同じくらい隋円体です、微分される傾向があるので:
それらの金属のコンポーネントの材料、岩石、および氷は分離しました、氷のマントルの表面の近くに岩の多いコア、およびそれほど濃くない材料の中にそれらのセンターに向かって、より濃い材料を集結して。
質量が中心に向かって集結されている状態で、どちらの回転の、そして、潮汐力でない優勢も同じくらい大きくはありません。
言い換えれば、微分されたボディーは非分化しているボディーより球体です。

昨年発表された研究における、エンケラドスの測定形、キャロリンPorco、およびカッシーニイメージチームのこの分析を使うのは、エンケラドスが実際にかなり平らにされた極軸であることがわかりました、この基本的な重力の、そして、回転の物理学が考慮に入れられたとき、観測された形が非分化している内部のそばの最良適合であったように。
モデルへの何らかの環境不適応がありましたが、中心に向かって質量を集結するのに、適用は実際により悪くなるでしょう。
彼らは、エンケラドスが微分されなかったか、または形が均衡になかったと結論を下しました。
彼らは、エンケラドスの形へのこの単純モデルの最も不適合が南極から南緯50度にあったのに気付きました。南極は、高度を理論上の形より低くしました。南緯50度では、実際の高度が理論上であるより高かったです。

エンケラドスの形

枢軸　　　　　　　　　　　　観測された長さ

赤道軸　　　　　　　　　　　256.6 ± 0.5 km
(a)

中間的軸　　　　　　　　　251.4 ± 0.2 km
(b)

極軸　　　　　　　　　　　　248.3 ± 0.2 km
(c)


南極はエンケラドスが多量の熱に通気しているところでもそうです。
コリンズとグッドマンは、これらの2つの手がかり(低い高度と強火流動)が、エンケラドスの南極の下に溶融の大きいプールがあるかもしれないのを示すのを理論づけました。
彼らは、密度、温度、および他の物理的なパラメタを取り入れて、微分されたエンケラドスのコンピュータモデルを開発して、次に、それを加熱しました、熱が南極の下の氷層のふもとで焦点を合わせられている状態で。
彼らは、事実上、彼らのモデルが安定した南極「海」を生産できるのがわかりました、表面のおよそ10キロメートルへの岩の多いコアと氷のマントルと、南極からおよそ50度に広がることの間の境界から達して。


ジェフ・コリンズとジェイソンGoodman
エンケラドスの内部の構造の2つのモデル

このダイヤグラムはエンケラドスの形のための衛星が非分化すると思われる数学的モデルに基づいています(凍っていて困難なコンポーネントは等質的に複雑です)。
エンケラドスは、形がこのモデルにいくらか合うのがわかっているのを観測しましたが、南極における50°Sにおける大きい逸脱があります。そこでは、実際の高度が低いです。そこでは、実際の高度が、より高いです。
ｂ. ジェフ・コリンズとジェイソン・グッドマンによって提案されたモデルでは、エンケラドスは内部的に分離されます、岩の多いコア(グレー)と氷のマントル(白い)で。
南極の下にマントルのベースで暖まって、溶けることによって引き起こされた大きい南極海(青)があります。
氷の溶けるのは穴を生産します、南極を平らにするいくらかの量(Δc)に従って南極軸線を短くして、観測された形のモデルからの逸脱に通じます。

南極海はどのようにエンケラドスの観測された形がわかりますか?
液体水は氷より濃いです。
エンケラドスの氷のマントルが液体海を作るために溶けると、有効な結果は衛星の表面がその海の上にかなり多くで沈むということです、2.3～3.3キロメートル、エンケラドスの内部の特性のために物理的なパラメタの初期の選択によって。
コリンズとグッドマンのモデルは、観測への、より良い適合であるエンケラドスのためにポールで平らにされた形を予測して、事実上、エンケラドスが微分されることを提案します、岩の多いコア(1立方センチメートルあたりの密度2.6グラムの)、および月の南極の下で溶けた固体の、そして、凍っているマントルで。
コリンズとグッドマンはそれらの南極海の仮説をテストできた2つの重要なデータを勧めます。
まず最初に、エンケラドスの重力分野を決定するのは、エンケラドスが内部的に微分されるという予測に立証するか、または論駁するでしょう。
2番目に、詳細な形を決定すると、数学的モデルの物理学によって予測された地誌的な最高気温と最低気温は計画されるかもしれません。
カッシーニは既に第一の任務のために計画されていたエンケラドスの4つの厳密な接近飛行のうち3を実行しましたが、2年の拡張任務のために計画されていたもう7つの接近飛行があります。

衛星の周辺の繰り返された写真と異なった角度からエンケラドスの形を束縛できます。
そして、確かに、これらの接近飛行から返された多くのエンケラドスイメージがあるでしょう。
重力データは得るのが、より難しいです。
ボディーの重力分野を決定するために、カッシーニは信号を高利得アンテナから地球に向かって放送している間、衛星の近くを飛ばなければなりません、遠距離宇宙通信網の電波のアンテナが位置の正確なドップラーの追跡を実行できるように。
重力データを取得すると、通常、カッシーニの他の器具の大部分からのデータ、痛ましい見返りの獲得は排除されます。
重力データが何がカッシーニが獲得できるエンケラドスの中で起こるかに関する最もダイレクトな測定値を表すので、それらの7つの接近飛行のいくつかの少なくともいくつかの部分がラジオ追跡にささげられて、ちょうどどのくらいがまだ決められていないかをそうされます。

これらの2つの異なった研究が、エンケラドスの内部が暖かくて、かつぬれていると示唆します。
化学過程は長鎖炭化水素を発生させているように思えます。
カッシーニの衛星への11の総接近飛行が表面、間欠泉、およびその内部に山のようなデータを生産するでしょうが、答え(この小さくて、活動的な世界に捧げられた将来の任務が答えることができるだけである質問)をするとき、データはたぶん同じくらい多くの質問を発生させるでしょう。