Исследование данных аппарата Cassini помогло объяснить, почему ледяные частицы, выбрасываемые спутником Сатурна Энцеладом, имеют настолько разный химический состав. Под ледяной оболочкой небесного тела находится глобальный океан, а в районе южного полюса трещины выводят в космос водяной пар и частицы льда. Благодаря этому ученые могут изучать состав подповерхностной воды без бурения многокилометрового ледяного слоя.
С 2004 по 2017 год прибор Cosmic Dust Analyzer на борту аппарата NASA Cassini анализировал отдельные частицы в кольце Сатурна E. Материал для этого кольца постоянно поступает из выбросов Энцелада. Международная группа под руководством профессора Франка Постберга из Свободного университета Берлина изучила 961 масс-спектр богатых солями частиц типа 3.
Ожидалось, что частицы, образовавшиеся из одной океанской воды, будут иметь примерно сходный набор солей. Однако одни зерна содержали особенно много хлорида натрия, а в других было больше карбонатов, фосфатов или хлорида калия. При этом хлориды и карбонаты редко встречались вместе в одной богатой натрием частице.
Чтобы выяснить причину различий, профессор Ясухито Сэкине и его коллеги из Института науки Токио создали в лаборатории капли с основными солями, которые, предположительно, присутствуют в океане Энцелада. Капли разного размера замораживали с различной скоростью, после чего изучали распределение химических элементов в образовавшемся льду. Результаты показали, что при медленном охлаждении — примерно на 10 кельвинов в минуту или медленнее — в каплях диаметром около 200 микрометров соли разделялись по отдельным участкам, тогда как быстрое замерзание сохраняло их более равномерное смешение.
«Что нас удивило, так это то, что разнообразие, зафиксированное Cassini, могло возникнуть из капель, происходящих практически из одной и той же океанской воды», — сказал Сэкине. По версии ученых, сначала сравнительно крупные капли медленно проходят по сложной системе подземных каналов и трещин, постепенно замерзая. Ближе к поверхности поток газа ускоряется, а ледяные капли сталкиваются со стенками узких каналов и распадаются на мелкие фрагменты, каждый из которых может происходить из отдельной области с определенным набором солей.
«Данные Cassini показали, что эти богатые солями частицы значительно разнообразнее по химическому составу, чем можно было бы ожидать от средней океанской воды», — отметил Постберг. Такой механизм способен естественным образом разделять и концентрировать не только соли, но и органические вещества, облегчая их обнаружение будущими аппаратами. Медленное замерзание также может оставлять между кристаллами небольшие карманы рассола, где соли и органические соединения становятся более концентрированными; поскольку часть выброшенного материала возвращается на поверхность Энцелада, этот процесс способен повторяться и иметь значение для пребиотической химии, связанной с возникновением жизни.