Sao Thổ Mặt trăng Enceladus đã quyến rũ các nhà khoa học kể từ khi Hành trình 2 Nhiệm vụ được thông qua hệ thống vào năm 1981. Bí ẩn chỉ sâu sắc kể từ khi xuất hiện Cassini thăm dò năm 2004, trong đó bao gồm việc phát hiện bốn khe nứt tuyến tính song song quanh vùng cực nam. Những đặc điểm này được đặt biệt danh là Tiger Tiger Stripes, vì vẻ ngoài và cách chúng nổi bật so với phần còn lại của bề mặt.
Kể từ khi khám phá ra, các nhà khoa học đã cố gắng trả lời những thứ này là gì và cái gì đã tạo ra chúng ở nơi đầu tiên. Rất may, nghiên cứu mới do Viện Khoa học Carnegie dẫn đầu đã tiết lộ vật lý chi phối các khe nứt này. Điều này bao gồm làm thế nào chúng có liên quan đến hoạt động của mặt trăng, tại sao chúng xuất hiện xung quanh cực nam Enceladus, và tại sao các cơ quan khác không có tính năng tương tự.
Nghiên cứu, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên, được dẫn dắt bởi Doug Hemingway - một thành viên của Carnegie với Khoa Từ tính trên mặt đất của Viện. Ông được tham gia bởi các nhà khoa học hành tinh Maxwell Rudolph của Đại học California Davis và Michael Manga của Đại học California Berkeley.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình địa vật lý của Enceladus để điều tra các lực lượng vật lý cho phép Tiger Stripes hình thành và duy trì vị trí theo thời gian. Quan tâm đặc biệt là lý do tại sao các sọc này chỉ hiện diện trên cực nam Mặt trăng và tại sao chúng cách đều nhau. Như Hemingway đã giải thích:
Lần đầu tiên được nhìn thấy bởi nhiệm vụ Cassini tới Sao Thổ, những sọc này giống như không có gì khác được biết trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Chúng song song và cách đều nhau, dài khoảng 130 km và cách nhau 35 km. Điều khiến chúng đặc biệt thú vị là chúng liên tục phun trào với nước đá, ngay cả khi chúng ta nói chuyện. Không có hành tinh băng giá hay mặt trăng nào khác giống như chúng.
Câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên tỏ ra khá thú vị. Rõ ràng, các mô hình tiết lộ rằng các khe nứt tạo nên các sọc có thể đã hình thành ở một trong hai cực, chúng chỉ đơn giản được hình thành ở cực nam đầu tiên. Lý do cho sự tồn tại của chúng, mặt khác, phải liên quan đến sự tương tác của Enceladus, với Sao Thổ và độ lệch tâm của quỹ đạo của nó.
Để phá vỡ nó, Enceladus mất hơn một ngày (chính xác là 1.37) để hoàn thành một quỹ đạo của Sao Thổ. Do cộng hưởng quỹ đạo chuyển động trung bình 2: 1, nó có với Dione lân cận, Enceladus trải nghiệm một số độ lệch tâm trong quỹ đạo của nó (0,0047), đi từ 236.918 km (147.214 mi) ở gần nhất (periapsis) đến 239.156 km (148,605 km) ) ở xa nhất của nó (apoapsis).
Sự lệch tâm này làm cho Enceladus kéo dài và uốn cong, dẫn đến hoạt động sưởi ấm bên trong và hoạt động địa nhiệt. Quá trình này là những gì cho phép Enceladus duy trì một đại dương bên trong ở ranh giới lớp lõi của nó. Đó là ở các cực nơi mà các tác động lớn nhất của biến dạng do trọng lực này được cảm nhận nhiều nhất, dẫn đến các tảng băng mỏng hơn ở đây và cho các khe nứt hình thành.
Quá trình này cũng dẫn đến thời kỳ làm mát, trong thời gian đó, một số đại dương dưới đáy biển Enceladus sẽ đóng băng. Sự tan băng và đóng băng này sẽ làm cho lớp băng dày và mỏng từ bên dưới, gây ra những thay đổi về áp suất dẫn đến vết nứt. Do lớp băng mỏng hơn ở hai cực, nên nó dễ bị nứt nhất, dẫn đến Dải hổ.
Những đặc điểm này đều lấy tên của họ từ các thành phố được nêu trong bản tóm tắt truyện cổ tích Ả Rập Đêm Ả Rập: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Baghdad Sulcus và Damascus Sulcus. Nhóm nghiên cứu tin rằng khe nứt Baghdad Sulcus là người đầu tiên hình thành và không đóng băng nữa sau đó. Điều này cho phép các luồng nước phun trào từ bên trong, cuối cùng gây ra ba vết nứt song song hình thành.
Về cơ bản, sau khi những luồng nước phun ra từ bề mặt mặt trăng, chúng sẽ làm mát lại trong không gian và được tái định vị dưới dạng tuyết trên bề mặt. Khi tuyết tích tụ dọc theo các cạnh của khe nứt Baghdad, trọng lượng tích lũy đã tạo thêm một nguồn áp lực khác lên tảng băng. Như Max Rudolph đã giải thích, điều này không chỉ giải thích cho việc các khe nứt này hình thành như thế nào, mà tại sao chúng chạy song song với nhau.
Mô hình của chúng tôi giải thích khoảng cách đều đặn của các vết nứt, ông nói. Điều đó khiến cho tảng băng bị uốn cong vừa đủ để tạo ra một vết nứt song song cách đó khoảng 35 km.
Cơ chế tương tự này giải thích tại sao các khe nứt Enceladus vẫn mở và tiếp tục phun trào với các luồng nước. Sự tương tác thủy triều mặt trăng với sao Thổ dẫn đến một chu kỳ kéo dài và uốn cong liên tục. Điều này ngăn chặn các khe nứt đóng lại và thay vào đó đảm bảo rằng chúng trải qua một mô hình mở rộng và thu hẹp thường xuyên.
Về lý do tại sao điều này xảy ra trên Enceladus chứ không phải các mặt trăng khác - như Ganymede, Europa, Titan và các thế giới đại dương khác của thế giới - có kích thước tương đương. Các mặt trăng lớn hơn có trọng lực mạnh hơn ngăn ngừa gãy xương do các tương tác thủy triều mở ra tất cả các đường vào bên trong. Do đó, Enceladus là mặt trăng băng giá duy nhất được biết đến nơi Tiger Stripes có thể xảy ra. Như Hemingway đã mô tả nó:
Vì nhờ vào những khe nứt này mà chúng tôi đã có thể lấy mẫu và nghiên cứu về đại dương dưới đáy biển Enceladus, được các nhà sinh vật học yêu thích, chúng tôi nghĩ rằng điều quan trọng là phải hiểu được các lực hình thành và duy trì chúng. Mô hình hóa các hiệu ứng vật lý của chúng tôi trải qua lớp vỏ băng giá mặt trăng chỉ ra một chuỗi các sự kiện và quy trình có khả năng duy nhất có thể cho phép các sọc đặc biệt này tồn tại.
Trong những thập kỷ tiếp theo, hy vọng rằng một nhiệm vụ khác có thể được gửi đến hệ thống Sao Thổ để khám phá Enceladus một cách chi tiết hơn. Đã có, dữ liệu thu được bởi Cassini đã xác nhận rằng các chùm phun trào từ khe nứt của nó có chứa các phân tử hữu cơ. Các nhiệm vụ trong tương lai sẽ cố gắng xác định xem liệu sự sống ngoài trái đất có tồn tại bên dưới bề mặt băng giá mặt trăng hay không.
