Команда миссии «Кассини» детально исследовала состав жидкости, выбрасываемой Энцеладом сквозь трещины («тигровые полосы») на южном полюсе. Помимо воды, углекислого газа метана и аммиака ученые обнаружили большие количества водорода. Анализ состава указывает, по словам геологов, на активные гидротермальные процессы в океане Энцелада.
Помимо генерации водорода, авторы отмечают, что на дне океана, вероятно, происходят процессы восстановления углекислого газа до метана. Ученые сравнивают подобные гидротермальные реакции с активностью древних океанов Земли, которая стала источником энергии для первых организмов. Исследование опубликовано в журнале Science, также ему была посвящена пресс-конференция NASA, состоявшаяся 13 апреля 2017 года.
Изученный образец также содержит 96-99 частей воды (по объему), 0,1-0,3 части метана и 0,4-1,3 части аммиака. Аномально высокое содержание молекулярного водорода означает, что в недрах спутника Сатурна нарушено термодинамическое равновесие. Ученые полагают, что наиболее правдоподобным объяснением этого можно считать наличие в подповерхностном океане Энцелада гидротермальных источников, вблизи которых происходят химические реакции между минеральными породами и органической материей.
На Земле подобные процессы поддерживают существование в глубинах океанов экосистем анаэробных архей — примитивных микробов, получающих энергию без доступа кислорода. Пробы водяных струй научный инструмент INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer) станции Cassini взял в 2015 году во время ближайшего пролета от Энцелада.
Необычная геологическая активность Энцелада была обнаружена в 2005 году — над южным полюсом шестого по величине спутника Сатурна поднимались 250-километровые шлейфы воды. Серия последующих наблюдений, проведенных с помощью зонда «Кассини», позволила уточнить источник этих выбросов — сеть трещин на ледяной поверхности спутника. Их источником является огромный резервуар жидкой воды. Исследовав «покачивание» Энцелада при движении по орбите геологи указали на то, что этот резервуар — океан — по всей видимости является глобальным. Иными словами, он охватывает всю поверхность спутника, но скрыт от прямых наблюдений 20-километровым слоем льда. На южном полюсе лед истоньшается, по последним оценкам, до двух километров.
Поскольку жидкие океаны, подобные водоемам Энцелада и Европы, интересны с точки зрения геологии и возможности жизни на небесных телах, командой миссии «Кассини» были предприняты несколько сближений с шлейфами выброшенной жидкости. На основе сближений «Кассини» с Энцеладом ученые выяснили, что океан спутника — щелочная среда, скорее напоминающая растворы аммиака. Самый тесный из них произошел 28 октября 2015 года — тогда расстояние до поверхности планеты составило всего лишь 49 километров. В новой работе геологи рассказывают о данных, собранных в рамках этого сближения.
«Кассини» исследовал состав выбросов Энцелада с помощью масс-спектрометров — приборов, способных определить массу исследуемых частиц. Аппарат двигался практически перпендикулярно трещинам, из которых происходил выброс шлейфа со скоростью 8,5 километра в секунду. Раз в несколько секунд приборы аппарата накапливали и определяли состав частиц окружающей среды. Особый акцент исследователи сделали на содержании воды, водорода и углекислого газа. С приближением к шлейфу содержание водорода резко возросло. Авторы приводят относительное содержание веществ в пробах — доля водорода составила примерно 1/100 от количества воды.
Ученые рассмотрели различные версии происхождения водорода. Так, например, он мог возникнуть при радиолизе воды в шлейфе — под действием космического и солнечного излучения. Но это привело бы к синтезу молекулярного кислорода, который аппаратом замечен не был. Также исследователи отмели версию о том, что водород уже присутствовал во льдах Энцелада — его количество было слишком велико. Наиболее вероятной авторы называют гипотезу о том, что водород возникает в гидротермальных реакциях, происходящих на поверхности минералов.
Кроме того, соотношение выбрасываемых углекислого газа, метана и водорода указывает на неравновесную природу процессов в океане спутника. Также, по словам авторов, это может послужить подтверждением для одной из гипотез, согласно которой на дне Энцелада происходит восстановление углекислого газа до метана. Движущей силой этого процесса являются «восстановленные» минералы, содержащие минералы в низких степенях окисления.
Представители миссии указывают на то, что такие процессы могут послужить источником энергии для живых организмов, даже несмотря на огромное расстояние до Солнца. Это значительно расширяет количество потенциально обитаемых небесных тел, причем не только в рамках Солнечной системы, но и за ее пределами.
Исследования показывают, что океаны, вероятно, существуют на нескольких небесных телах Солнечной системы. Например, недавно ученые пришли к выводу, что на Плутоне подо льдом равнины Спутник может скрываться целый океан полузамерзшей воды. Кроме того, подповерхностные океаны предположительно существуют на Европе, Калисто и Ганимеде (Юпитер), Дионе и Титане (Сатурн), а также на Тритоне (Нептун).
