Khi mà Cassini Nhiệm vụ đến hệ thống Sao Thổ năm 2004, nó phát hiện ra một điều khá bất ngờ ở Nam bán cầu Enceladus. Từ hàng trăm khe nứt nằm ở vùng cực, các chùm nước và các phân tử hữu cơ được phát hiện định kỳ phun ra. Đây là dấu hiệu đầu tiên cho thấy mặt trăng Sao Thổ có thể có một đại dương bên trong do hoạt động thủy nhiệt gần ranh giới lõi-lớp phủ.
Theo một nghiên cứu mới dựa trên Cassini dữ liệu thu được trước khi lặn vào bầu khí quyển Sao Thổ vào ngày 15 tháng 9, hoạt động này có thể đã diễn ra trong một thời gian. Trên thực tế, nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng nếu lõi mặt trăng đủ xốp, nó có thể tạo ra đủ nhiệt để duy trì một đại dương bên trong trong hàng tỷ năm. Nghiên cứu này là dấu hiệu đáng khích lệ nhất cho thấy nội thất của Enceladus có thể hỗ trợ cuộc sống.
Nghiên cứu mang tên Hoạt động thủy nhiệt kéo dài bên trong Enceladus đã xuất hiện gần đây trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Gaël Choblet, một nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Hành tinh và Địa động lực tại Đại học Nantes, và bao gồm các thành viên từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, Đại học Charles và Viện Khoa học Trái đất và Phòng thí nghiệm Địa hóa học và Đại học của Heidelberg.
Trước Cassini Nhiệm vụ của nhiều loài ruồi Enceladus, các nhà khoa học tin rằng bề mặt Mặt trăng này được cấu tạo từ băng cứng. Chỉ sau khi nhận thấy hoạt động của làn khói, họ mới nhận ra rằng nó có những tia nước kéo dài xuống tận một đại dương nước ấm trong phần bên trong của nó. Từ dữ liệu thu được bởi Cassini, các nhà khoa học thậm chí có thể đưa ra những phỏng đoán có giáo dục về nơi đại dương bên trong này nằm.
Tất cả đã nói, Enceladus là một mặt trăng tương đối nhỏ, có đường kính khoảng 500 km (311 mi). Dựa trên các phép đo trọng lực được thực hiện bởi Cassini, đại dương bên trong của nó được cho là nằm bên dưới bề mặt băng giá ở độ sâu từ 20 đến 25 km (12,4 đến 15,5 mi). Tuy nhiên, lớp băng bề mặt này dài khoảng 1 đến 5 km (0,6 đến 3,1 mi) so với vùng cực nam, nơi các tia nước và các hạt băng giá bay qua khe nứt.
Dựa trên cách Enceladus quay quanh Sao Thổ với một sự chao đảo nhất định (hay còn gọi là hiệu chuẩn), các nhà khoa học đã có thể đưa ra ước tính về độ sâu của Đại dương, nơi chúng đặt ở độ cao 26 đến 31 km (16 đến 19 mi). Tất cả những thứ này bao quanh một lõi được cho là bao gồm các khoáng chất silicat và kim loại, nhưng cũng xốp. Mặc dù tất cả những phát hiện này, nguồn nhiệt bên trong vẫn là một câu hỏi mở.
Cơ chế này sẽ phải hoạt động khi mặt trăng hình thành từ hàng tỷ năm trước và vẫn còn hoạt động cho đến ngày nay (bằng chứng là hoạt động tạo khói hiện tại). Như Tiến sĩ Choblet đã giải thích trong một thông cáo báo chí ESA:
Hiện tại, Enceladus có được sức mạnh bền vững để duy trì hoạt động luôn là một điều bí ẩn, nhưng giờ đây chúng tôi đã xem xét chi tiết hơn về cách cấu trúc và cấu tạo của lõi đá Mặt trăng có thể đóng vai trò chính trong việc tạo ra năng lượng cần thiết.
Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã suy đoán rằng các lực thủy triều gây ra bởi ảnh hưởng lực hấp dẫn của Sao Thổ là nguyên nhân gây ra sự nóng lên bên trong của Enceladus. Cách Sao Thổ đẩy và kéo mặt trăng khi đi theo một đường elip quanh hành tinh cũng được cho là nguyên nhân khiến lớp vỏ băng giá Enceladus hồi biến dạng, khiến các khe nứt quanh vùng cực nam. Những cơ chế tương tự này được cho là những gì chịu trách nhiệm cho đại dương nước ấm bên trong Europa.
Tuy nhiên, năng lượng được tạo ra bởi ma sát thủy triều trong băng quá yếu để đối trọng với sự mất nhiệt từ đại dương. Với tốc độ đại dương Enceladus đang mất năng lượng vào không gian, toàn bộ mặt trăng sẽ đóng băng rắn trong vòng 30 triệu năm. Tương tự, sự phân rã tự nhiên của các nguyên tố phóng xạ trong lõi (cũng được đề xuất cho các mặt trăng khác) cũng quá yếu gấp 100 lần để giải thích hoạt động của Enceladus bên trong và vết loang.
Để giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Choblet và nhóm của ông đã tiến hành mô phỏng lõi Enceladus, để xác định loại điều kiện nào có thể cho phép sưởi ấm thủy triều trong hàng tỷ năm. Khi họ nêu trong nghiên cứu của họ:
Trong trường hợp không có các ràng buộc trực tiếp về các tính chất cơ học của lõi Enceladus, chúng tôi xem xét một loạt các tham số để mô tả tốc độ ma sát thủy triều và hiệu quả vận chuyển nước bằng dòng chảy xốp. Lõi không hợp nhất của Enceladus có thể được xem như là một vật liệu có độ hạt / phân mảnh cao, trong đó biến dạng thủy triều có khả năng liên quan đến ma sát giữa các hạt trong quá trình sắp xếp lại mảnh vỡ.
Những gì họ tìm thấy là để Cassini Các quan sát được sinh ra, lõi Enceladus sẽ cần phải được làm bằng đá xốp không hợp nhất, dễ biến dạng, xốp. Lõi này có thể dễ dàng thấm qua nước lỏng, nó sẽ thấm vào lõi và dần dần nóng lên do ma sát thủy triều giữa các mảnh đá trượt. Một khi nước này được làm nóng đủ, nó sẽ dâng lên vì chênh lệch nhiệt độ với môi trường xung quanh.
Quá trình này cuối cùng truyền nhiệt cho đại dương bên trong trong các luồng hẹp dẫn đến lớp vỏ băng giá Enceladus. Khi đó, nó làm cho băng bề mặt tan chảy và hình thành các khe nứt thông qua đó các tia nước bay vào không gian, phun nước, các hạt băng và các khoáng chất ngậm nước để bổ sung cho E-Ring Saturn. Tất cả điều này phù hợp với các quan sát được thực hiện bởi Cassini, và bền vững từ quan điểm địa vật lý.
Nói cách khác, nghiên cứu này có thể chỉ ra rằng hành động trong lõi Enceladus, có thể tạo ra sự nóng lên cần thiết để duy trì một đại dương toàn cầu và tạo ra hoạt động tạo khói. Vì hành động này là kết quả của cấu trúc cốt lõi và tương tác thủy triều với Sao Thổ, nên hoàn toàn hợp lý khi nó đã diễn ra trong hàng tỷ năm. Vì vậy, ngoài việc cung cấp lời giải thích mạch lạc đầu tiên cho hoạt động của Enceladus, thì nghiên cứu này còn là một dấu hiệu mạnh mẽ về khả năng cư trú.
Như các nhà khoa học đã hiểu, cuộc sống cần một thời gian dài để đi. Trên trái đất, người ta ước tính rằng các vi sinh vật đầu tiên phát sinh sau 500 triệu năm và các lỗ thông thủy nhiệt được cho là đã đóng một vai trò quan trọng trong quá trình đó. Phải mất 2,5 tỷ năm nữa để sự sống đa bào đầu tiên phát triển, và thực vật và động vật trên cạn chỉ mới xuất hiện trong 500 triệu năm qua.
Biết rằng các mặt trăng như Enceladus - nơi có hóa chất cần thiết để hỗ trợ cho sự sống - cũng đã có năng lượng cần thiết trong hàng tỷ năm, do đó rất đáng khích lệ. Người ta chỉ có thể tưởng tượng những gì chúng ta sẽ tìm thấy một khi các nhiệm vụ trong tương lai bắt đầu kiểm tra các luồng của nó chặt chẽ hơn!
