La sonda Cassini entregó nueva información sobre las lunas de Saturno. En el océano subglacial de Encelado, la luna de Saturno, se descubrieron muchos compuestos orgánicos implicados en la síntesis de proteínas y ADN. Esto es muy similar a la “sopa primordial” que existió en la Tierra hace miles de millones de años. Puede haber vida en un mundo distante y helado en el borde del sistema solar. Saturno tiene 146 lunas, la mayor cantidad en el sistema solar. El más grande, Titán, ha sido considerado durante mucho tiempo el más interesante. El módulo de aterrizaje Huygens fue enviado allí como parte de la misión Cassini en 2005. Detrás de la densa atmósfera, la sonda vio un mundo frío y sin vida, envuelto en smog, con mares y lagos de metano. Algunas pruebas sugieren que hay un océano debajo de la superficie.
Encelado
Encelado refleja bien la luz del sol, lo que significa que está cubierto de hielo. Su diámetro es de unos quinientos kilómetros. Se creía que las entrañas del satélite se habían enfriado hace mucho tiempo: no había volcanes ni movimientos de placas tectónicas. Sin embargo, las estimaciones de la edad de la superficie eran confusas: menos de un millón de años, demasiado joven. Durante su aproximación al satélite, la nave espacial Cassini detectó potentes géiseres en la zona del polo sur, que se disparaban a decenas de kilómetros de altura. Esto creó sensación. En las emisiones se encontraron vapor de agua, granos de hielo e hidrocarburos. De lo cual concluyeron: debajo hay un océano líquido. Y las profundidades no se han enfriado.
Resulta que Encelado es la mayor fuente de agua del sistema de Saturno. Los géiseres formaron su anillo exterior E. El cinturón de cristales de hielo que rodea el planeta fue estudiado en el rango submilimétrico por el observatorio espacial Herschel. Observaciones recientes con el espectrómetro de infrarrojo cercano del telescopio James Webb han ayudado a mapear la columna de agua gaseosa de Encelado. La tasa de liberación es de 300 kilogramos de sustancia por segundo. Dado que el satélite gira muy rápidamente alrededor del planeta (una revolución cada 1,37 días terrestres), en órbita permanece una columna de vapor de agua que se cierra formando un anillo. Se estima que representa hasta el 32 por ciento de las emisiones de H2O. El resto, creen los investigadores, se distribuye por todo el sistema de Saturno.
En el exterior, Encélado está cubierto por una capa de hielo de 30 kilómetros de espesor en el ecuador y de diez kilómetros de espesor en el polo sur. El hielo es más grueso en el hemisferio norte. Esto indica su flujo desde los polos hacia el ecuador. Debajo de la capa de hielo hay un océano global de 40 kilómetros de profundidad, que rodea un núcleo de silicato sólido. Se supone que es poroso, lo que explica la baja densidad de Encelado. Donde el océano entra en contacto con el núcleo, hay actividad hidrotermal y las rocas reaccionan con el agua salada. Lo mismo sucede en la Tierra, en las partes profundas del Océano Mundial, a lo largo de la línea de las dorsales oceánicas.
El calor también se genera mediante la libración: la oscilación del satélite debido a la resonancia orbital. Quizás el propio núcleo, su núcleo, también contribuya. No está claro cómo se redistribuye la energía térmica entre las capas de Encelado. Entre los principales factores está la salinidad del agua. Se cree que es pequeño, de dos a cuarenta gramos por kilogramo de agua. En comparación, en los océanos de la Tierra hay alrededor de 33. Según los modelos, el calentamiento está determinado por la topografía y la salinidad de los glaciares.
Las muestras directas de Cassini y otros métodos, incluidas observaciones durante eclipses y ocultaciones, mostraron que los géiseres en el polo sur de Encelado hacen erupción a altitudes de 15 a 40 kilómetros. Con caudales elevados, se destruye la materia orgánica compleja. Pero recientemente, científicos de EE.UU. demostraron experimentalmente que los aminoácidos se conservan incluso a 4,2 kilómetros por segundo. En muestras y espectros de géiseres se identificaron varios compuestos orgánicos y moléculas simples, pero necesarias para la síntesis de la vida, como nitrógeno, carbono, nitrógeno.
Géiseres de decenas de kilómetros de altura brotan de grietas en el polo sur de Encelado. En ellos se encontró una amplia variedad de compuestos orgánicos. Bombardear la superficie con electrones facilita la síntesis de agentes oxidantes y materias primas para prebióticos.
Un equipo internacional de científicos analizó datos sobre los granos de hielo recolectados por Cassini durante su vuelo a través del anillo E. En partículas de hielo del tercer tipo, con mayor contenido de sales de sodio y potasio, encontraron fosfatos, necesarios para la síntesis de macromoléculas biológicas como ADN, ARN, proteínas. Esto es inesperado; nunca antes se había descubierto en océanos alienígenas. Los sorprendentes descubrimientos no terminaron ahí. Recientemente se publicó un artículo en Nature Astronomy, cuyos autores intentaron determinar las sustancias contenidas en el océano.
A partir de los datos del sobrevuelo a baja altitud de Cassini en 2011-2012 y de las observaciones publicadas recientemente del instrumento INMS, un espectrómetro de iones y masas neutras, se compiló una biblioteca de espectros de compuestos orgánicos. Agregamos los resultados de experimentos de laboratorio para simular mundos helados con océanos. Y escanearon decenas de miles de millones de posibles modelos de composición de géiseres. Resultó que la composición óptima es de 10 a 15 compuestos. Además de los ya conocidos H2O, CO2, CH4 y NH3, contiene de forma fiable HCN, C2H2, C3H6, CO y, muy probablemente, C2H6 (etano). Son posibles alcoholes y oxígeno molecular, argón-40. 43 fragmentos no pudieron ser identificados.
Diagrama de la formación de los géiseres de Encelado. Son muy similares a los hidrotermos del Océano Mundial. La energía térmica proviene de las fuerzas de marea.
Esto indica la rica diversidad química del océano en Encelado, lo que indica que allí se han formado las condiciones para la síntesis de materia orgánica compleja, incluidos los componentes básicos de la materia viva. Para la evolución química que conduce al surgimiento de la vida, la composición del fondo del océano es extremadamente importante, sobre la cual aún no se dispone de información. Pero los hechos ya establecidos son suficientes para que Encelado se convierta en un objetivo prioritario para los astrobiólogos.
Al final resultó que, Encelado tiene un núcleo de silicato, una fuente de calor debido a la influencia gravitacional del planeta a medida que el satélite se mueve en órbita, lo que alimenta la actividad hidrotermal en el océano. En los géiseres se encontró hidrógeno molecular, que desempeña la función de proveedor de energía para el sistema geoquímico. Este océano tiene un equivalente terrestre: el lago Mono, extremadamente salado, en California, donde las condiciones son muy duras, pero todavía viven algunas bacterias.
Así, en Encelado convergieron inesperadamente tres condiciones para el surgimiento de la vida: agua líquida, una composición química diversa del océano con materia orgánica y fuentes de energía: hidrógeno molecular y respiraderos hidrotermales en la superficie del núcleo del satélite. Sin embargo, el desarrollo de la vida tal como la conocemos requiere mucho tiempo y estabilidad de todo el sistema.
Según una versión, el océano de Encelado tiene más de cuatro mil millones de años. El calor lo proporciona el subsuelo, que todavía está activo debido a la desintegración radiactiva. El problema es que el cuerpo es pequeño, debería haberse enfriado y congelado bastante rápido. Se necesitaría un evento catastrófico, como una colisión con un asteroide de gran tamaño, para reactivarlo. Si sucedió hace mucho tiempo, la vida podría haber tenido tiempo de surgir.
Hipótesis catastrófica del origen del océano en Encelado
Amanda R. Hendrix del Instituto de Ciencias Planetarias de EE. UU. y Christopher H. House de la Universidad Estatal de Pensilvania decidieron evaluar los efectos de la exposición de moléculas orgánicas en la superficie de Encelado a la radiación ultravioleta y partículas cargadas de diferentes energías de la magnetosfera de Saturno. Esto es importante para planificar futuros vehículos de investigación que puedan tomar muestras de materia de Encelado para evaluar su composición, incluida la composición del océano, ya que las partículas de los penachos expulsados se depositan en la superficie del satélite. Los científicos utilizaron datos de observación de la estación Cassini y del telescopio Hubble.
Las moléculas orgánicas pueden destruirse mediante fotólisis; en particular, en el caso de los aminoácidos, las principales vías de degradación son la descarboxilación y la desaminación. Los investigadores concluyeron que en el caso del ecuador de Encelado, la vida media de la glicina sería de unos 10 años, y la de la fenilalanina, de menos de 4 años. Sin embargo, muchas moléculas prebióticas y biológicas importantes son significativamente más resistentes a la luz ultravioleta que los aminoácidos, como las purinas y la urea.
anillo
En el caso de las regiones ecuatoriales de Encelado, el bombardeo electrónico de los primeros centímetros de la superficie jugará un papel importante, aunque el nivel de flujos será menor en comparación con la luna Europa de Júpiter o la luna Mimas de Saturno. En latitudes más altas, especialmente en el sur, estos efectos serán más débiles.
Los investigadores concluyeron que en las regiones del sur, donde hay una deposición activa de partículas eyectadas en la superficie de Encelado, los granos previamente caídos quedarán enterrados bajo una capa de nuevas partículas, como resultado, la radiación ultravioleta del Sol interactuará con una capa de unos cien micrómetros de espesor. Para regiones con tasas de deposición de partículas más bajas (alrededor de 10 a 4 milímetros por año), la edad efectiva de la superficie puede ser de más de mil años, y para regiones en latitudes al sur de los 40 grados sur la edad será inferior a cien años. . Así, en latitudes templadas del sur es posible recolectar muestras de regolito que contengan materia orgánica primordial del océano.
© Фото : NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini
Las “rayas de tigre” en la superficie de Encelado, la luna de Saturno, la diferencian de cualquier otro cuerpo planetario del sistema solar.
Mimas
Los científicos planetarios europeos y chinos han encontrado pruebas en los datos de la sonda Cassini de que existe un océano subglacial a una profundidad de 20 a 30 km bajo la superficie helada de Mimas, la luna más cercana a Saturno. Aún no hay rastros de su existencia en la superficie de esta luna debido a que este océano se formó hace menos de 25 millones de años, escriben los científicos en un artículo de la revista Nature.
“El principal descubrimiento es el descubrimiento de condiciones habitables en un objeto del sistema solar en el que nunca esperaríamos que tuviera agua líquida. Es realmente sorprendente”. Los astrónomos han descubierto que la pequeña luna de Saturno llamada Mimas puede contener un océano líquido oculto debajo de su gruesa capa helada y, por lo tanto, puede tener condiciones habitables.
“Utilizamos datos de Cassini para analizar en detalle cómo se mueve Mimas en su órbita. Estos cálculos mostraron que bajo la superficie llena de cráteres de esta luna de Saturno, a una profundidad de 20 a 30 km, se encuentra un océano subglacial global. Se formó hace relativamente poco tiempo, hace menos de 25 millones de años, por lo que todavía no hay rastros de su existencia en la superficie de Mimas”, dice el estudio.
El descubrimiento cambia radicalmente las ideas sobre lo que podría ser una luna oceánica y, en última instancia, podría redefinir la búsqueda de vida extraterrestre en las lunas del sistema solar. Mimas fue llamada la “Estrella de la Muerte” porque su gran cráter (el gigantesco cráter Herschel de 140 kilómetros) se parece a la estación espacial imperial de Star Wars, pero no se parece al tipo de cuerpo en el que los científicos esperarían encontrar un océano. Siempre se creyó que no era capaz de soportar una cantidad tan grande de líquido.
Un grupo de astrónomos europeos y chinos liderados por Valerie Laini, investigadora de la Universidad de París (Francia), concluyó sobre la presencia de un océano subglacial al estudiar datos sobre el movimiento de las lunas de Saturno, recopilados por la estación interplanetaria Cassini desde 2004 a 2017. Los científicos estaban interesados en las llamadas libraciones de Mimas, las desaceleraciones y aceleraciones periódicas en su rotación, así como los cambios en la posición de su órbita.
Como explican los planetólogos, la fuerza y el hecho mismo de la presencia de tales cambios en la naturaleza de la rotación y la posición de la órbita reflejan la estructura interna de los planetas, incluida la naturaleza desigual de la distribución de la materia en sus profundidades y la presencia. de depósitos ocultos de materia líquida en ellos. Partiendo de esta consideración, los científicos utilizaron datos de Cassini para evaluar la viabilidad de diferentes modelos de la estructura del interior de Mimas.
Estos cálculos demostraron que dentro de Mimas, a muy grandes profundidades, existe un océano subglacial global que se formó hace instantes en términos cósmicos, hace menos de 25 millones de años. Continúa creciendo y cambiando sus propiedades: su límite superior se mueve gradualmente hacia arriba y sólo muy recientemente, hace unos 2-3 millones de años, alcanzó los 20-30 km de la superficie de Mimas.
Esto último, como explican los científicos, explica por qué la superficie de Mimas carece de los pliegues, grietas y huellas característicos de la existencia de géiseres que se encuentran en Europa y Encelado. Estas estructuras simplemente no han tenido tiempo de formarse en el satélite más cercano a Saturno debido a que su océano subglacial existe desde hace poco tiempo y, al mismo tiempo, recientemente ha llegado a depósitos de hielo cercanos a la superficie, concluyeron los científicos.
En 2014, los astrónomos notaron que Mimas orbitaba de manera diferente a como debería hacerlo un pequeño planeta hecho enteramente de materia sólida. Esto generó mucha controversia sobre si existe un océano subglacial en sus profundidades. En el pasado, la mayoría de los científicos lo dudaban, ya que la presencia de tal masa de agua en las entrañas de esta luna de Saturno provocaría la formación de fallas y pliegues visibles en su superficie, similares a los que se encuentran en la superficie de Europa. una luna de Júpiter.
Una breve descripción de los satélites más interesantes de Saturno
Entre los planetas del Sistema Solar, Saturno tiene la mayor cantidad de satélites: 82. Júpiter tiene 79, Urano y Neptuno, docenas, fueron descubiertos por la nave espacial Voyager. Estos no son resultados finales; crecerán a medida que mejoren las técnicas de observación. Cada una de las lunas de Saturno tiene propiedades muy inusuales. Por ejemplo, en Mimas hay un enorme cráter de 139 kilómetros, mientras que el diámetro del satélite es de sólo 400 kilómetros.
Está claro que el satélite chocó con un gran asteroide. Dione puede tener un océano subterráneo a una profundidad de 100 kilómetros, lo que lo convierte en el tercer mundo con un océano en el sistema de Saturno. Rea, la segunda luna más grande, puede tener su propio sistema de anillos. A diferencia de Júpiter, que tiene cuatro grandes lunas interiores, Saturno sólo tiene una grande: Titán. El resto son varias veces más pequeños. En composición, se trata de bloques de roca helados.
Saturno tiene dos tipos de satélites: regulares e irregulares. El primero se formó junto con el planeta de la parte saturnina de la nebulosa protosolar. Hay más de veinte, giran en órbitas circulares, muchos tienen forma esférica. Su sustancia pasó la etapa de diferenciación y los elementos pesados descendieron al núcleo. Tienen miles de millones de años, por lo que estos satélites tienen la misma edad que el planeta. Los satélites irregulares orbitan en órbitas muy elípticas. Se trata de pequeños cuerpos de forma irregular, de hecho, asteroides, capturados en diferentes momentos por el campo gravitacional de Saturno. El diámetro no suele superar los diez kilómetros.
© NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Paolo Sartorio
Órbitas de los nuevos veinte satélites de Saturno. Algunos de ellos son retrógrados, es decir, se mueven en contra del sentido del movimiento del planeta.
Saturno se encuentra a nueve unidades astronómicas de la Tierra, una distancia enorme. Es bastante difícil ver cuerpos pequeños en las afueras de su sistema, incluso con los telescopios actuales. Veinte nuevas lunas, cuyo descubrimiento fue anunciado por científicos de la Universidad Carnegie (EE.UU.) el 8 de octubre, tienen sólo cinco kilómetros de diámetro. Completan una revolución alrededor del planeta en dos o tres años. Saturno es 95 veces más pesado que la Tierra y es tan grande que sus lunas combinadas son solo una gota en el cubo. Los increíbles anillos con un diámetro de 250 mil kilómetros también resultaron no ser masivos. Según las estimaciones más recientes, tiene algo menos de la mitad de la masa del satélite regular más cercano al planeta, Mimas.
El satélite más interesante de Saturno es Titán. El segundo más grande del Sistema Solar y el único con una atmósfera espesa. Es una vez y media más denso que en la Tierra y también está compuesto de nitrógeno molecular. Titán está envuelto en una neblina fotoquímica constante, esencialmente smog, lo que dificulta su estudio con telescopios. Por lo tanto, la misión Cassini llevó allí el módulo de aterrizaje Huygens, vimos su superficie por primera vez y medimos los parámetros atmosféricos. Un papel importante en el estudio de Titán lo desempeñó el radar de la nave espacial Cassini, que escaneaba el relieve y las propiedades físicas de la superficie a través de las nubes. De repente resultó que hay mares y lagos en la zona del Polo Norte. Sólo ellos están hechos de metano.
Titán es la luna más grande de Saturno. El segundo cuerpo cósmico después de la Tierra con una atmósfera densa y estructuras líquidas en la superficie.
El sistema de Saturno recibe cien veces menos energía del Sol que la Tierra. Por eso todos sus mundos son helados. En la superficie de Titán la temperatura es de unos 170 grados centígrados bajo cero y sólo hay hidrocarburos en estado líquido. Los científicos sugieren que bajo la capa de hielo de Titán, a una profundidad de unos cien kilómetros, se encuentra un océano de agua líquida. Esto lo indican algunas características de las oscilaciones del satélite en su movimiento orbital.
