Земля и Вселенная. Часть 6. "Генератор на Энцеладе"

Часть 5 http://artefact-2007.blogspot.com/2011/10/5.html

   Федор Дергачев

    Как я уже констатировал в Предисловии, «из всех аномалий объектов Солнечной системы на первый план выходят энергетические». А раз так, надо очень внимательно проанализировать гипотезы, пытающиеся объясняcнить выделение гигантской энергии генератором, скрытым под поверхностью Южного полярного региона Энцелада, спутника Сатурна.

    Генератор энергии на южном полюсе Энцелада

   Реактивные струи Энцелада - влажные?

    «Ученые продолжают искать причину гейзеров на луне Сатурна Энцеладе. Гейзеры видимы как большое перо водяного пара и ледяных частиц, покидающих луну. Внутри пера - реактивные струи пыли и газа. Какие причины и что управляет реактивными струями – является тайной. Космический корабль «Cassini» продолжает собирать новые данные, чтобы найти ключи.

    В сердце поиска - вопрос того, происходят ли реактивные струи из подземного источника жидкой воды. Некоторые теории предлагают модели, где реактивные струи могли быть вызваны механизмами, которые не требуют жидкой воды. Кропотливая детективная работа ученых «Cassini» проверяет возможность добраться ближе к ответу.

    Что производит реактивные струи Энцелада - горячий вопрос в планетарной науке, потому что, если бы в это была вовлечена жидкая вода, Энцелад имел бы все, что теоретически требуется  для обеспечения  пригодной для жизни окружающей среды.

    Одна недавняя модель предложила возможность, что реактивные струи могли быть вызваны сильными взрывами пластичных льдов, недавно подвергнутых воздействию космического пространства, когда приливно-отливные силы Сатурна открывают вентили внутри области «полос тигра»  на южном полюсе луны.

    Новые результаты «Cassini», сообщенные в выпуске журнала Nature от 27 ноября, однако, подвергли эту гипотезу сомнению. Когда Энцелад удаляется от Сатурна, говорит теория, вентили сжались бы, уменьшая или отключая реактивные струи.

    «Наши наблюдения не согласуются с предсказанным выбором времени открытия и закрытия трещин из-за приливно-отливной напряженности и сжатия», - сказала ученый JPL Кандис Хансен из команды ультрафиолетового спектрографа отображения «Cassini».

    В то же самое время, сказала Хансен, новые результаты поддерживают по крайней мере одну теорию, что признаки реактивных струй соответствуют жидким водным внутренностям Энцелада.

    Хансен и ее команда провели эксперименты в 2005 и 2007 гг., чтобы наблюдать звездный свет, проходящий через гейзеры Энцелада. В течение этого так называемого «затенения звезды» спектрометр измерил содержание водяного пара и плотность реактивных струй. Эксперимент проверил предсказание, что будет измерено большее количество материала, поступавшего из открытых трещин в 2005 г., и меньшее количество материала в 2007 г., когда трещины закрылись бы.

    Вместо этого, как говорит Хансен, были получены противоположные результаты. Наблюдения показали, что перо в 2007 г. было почти в два раза более плотное, чем в 2005г., что противоречит модели, которая утверждала, что гейзерами управляет приливно-отливное сжатие. «Мы не исключаем это полностью из-за различных конфигураций наших двух затенений, но мы также определенно не доказываем эту гипотезу», - сказала Хансен.

    Как рассказала Хансен, новые наблюдения «Cassini», однако, поддерживают математическую модель, развитую в 2007 г., которая характеризует вентили, как сопла, к которым поступает водяной пар от теплого, вероятно жидкого источника, и извергается с поверхности со сверхзвуковыми скоростями.

    Авторы этой модели считают, что только высокие температуры, близкие к точке плавления водяного льда, могли бы объяснить настолько большое количество ледяных частиц в устойчивом состоянии в реактивных струях Энцелада. Жидкая исходная водная внутренность Энцелада, говорят они, могла бы быть подобна земному антарктическому озеру Восток, находящемуся под ледником, где жидкая вода существует ниже льда. В случае Энцелада, ледяные зёрна тогда сконденсировались бы из пара, убегающего из водного источника через трещины в ледяной коре к поверхности и далее в космос.

http://www.arcadiastreet.com/cgvistas/saturn_0500.htm

    «Источник выделяемой Энцеладом тепловой энергии, по мощности заведомо не уступающий Саяно-Шушенской ГЭС, неизвестен, немыслим и невозможен. Возможно лишь привлечь гипотезу о «чуде».

    Исследовательская группа Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA представила оценки мощности генератора тепла, излучение которого через Южное полушарие Энцелада уходит в космическое пространство. Оценки получены на основании собранной автоматической межпланетной станцией «Кассини» данных.

    Мощность работающего на Энцелада генератора составляет не менее 6 ГВт - примерно такова была до недавнего времени максимальная мощность крупнейшей в РФ Саяно-Шушенской ГЭС (6,4 ГВт).

    Источник тепла на Энцеладе по-прежнему неизвестен...

    В попытке объяснить странную морфологию Южного полушария Энцелада, очевидно непосредственным образом обусловленную аномальным тепловыделением недр спутника Сатурна, учёные NASA предложили геологическую «теорию катастроф», предполагающую, что исследовательский аппарат «Кассини» NASA чудом (оказавшись в нужном месте в нужный момент времени) застал Энцелад в редкий активный период формирования его коры - и, соответственно, высокой геологической активности.

    Новая теория предполагает, что постепенно выделяемое и накапливаемое в недрах Энцелада тепло лишь периодически, в редкие моменты достигает поверхности, реформируя его поверхность и приводя к появлению таких видимых признаков активной геологии планеты, как гейзеры, хлещущие прямо в открытый космос.

    Свести концы с концами без кардинального пересмотра существующей научной картины мира теоретически становится возможным, если допустить, что периоды энерговыделения длительностью около 10 млн. лет. происходят с интервалом от 100 млн. до 2 млрд. лет, в течение которых энерговыделение Энцелада минимально.

    Несколько искусственная теория явилась следствием формального признания того факта, что ни одна из существующих теорий неспособна объяснить механизм энерговыделения на Энцеладе, которое как минимум в три раза превышает аналогичный показатель для любого участка поверхности Земли той же площади». (12 января 2010, 11:15, Мск). http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2010/01/12/375790

     «Кассини» сфотографировал на Энцеладе новые гейзеры

    «Космический аппарат «Кассини» обнаружил большое количество новых гейзеров на Энцеладе. Об этом сообщается на официальном сайте проекта. Новую фотографию гейзеров в высоком разрешении можно посмотреть тут.

    По словам ученых, в окрестности «тигровых полос» на южном полюсе сатурнианского спутника им удалось зарегистрировать 30 гейзеров, из которых 20 были ранее неизвестны. Исследователи также обнаружили, что некоторые ранее замеченные гейзеры постепенно ослабевают, что указывает на временный характер большинства этих образований.

    Кроме этого ученым удалось провести более точное измерение температуры в окрестности «тигровых полос» - она составила около 200 кельвинов, что примерно на 20 градусов выше предыдущих результатов. Для сравнения, средняя температура на остальной поверхности Энцелада составляет 50 кельвинов.

    Все описанные открытия были сделаны благодаря данным, собранным во время сближения «Кассини» с Энцеладом 21 ноября 2009 года. Тогда аппарат прошел на высоте около 1600 километров над поверхностью спутника недалеко от южного полюса. Новые снимки стали последними фотографиями южного полюса при «дневном» свете, поскольку последующие 15 лет южное полушарие проведет в темноте». (24.02.2010, 09:28:59). http://lenta.ru/news/2010/02/24/cassini/

    Энцелад оказался намного горячее, чем думали

    «Анализируя данные, полученные зондом «Кассини» в 2008-м году во время его близкого пролета над спутником Сатурна Энцеладом, ученые пришли к выводу, что под толстой коркой льда, покрывающей его, царят температуры, куда более высокие, чем до сих пор предполагалось.

    Мы уже писали о гейзерах, что фонтанируют из его «тигровых полос» - четырех параллельных трещин длиной по 130 км и шириной по 2 км каждая. Теперь выясняется, что их общая тепловая мощность оценивается в 15,8 гигаватт, то есть примерно столько, сколько выдают 20 угольных электростанций. Это больше чем на порядок превосходит прежние прогнозы ученых. И одновременно ставит Энцелад в позицию, такую же, если не более перспективную, как у спутника Юпитера Европы, в смысле поисков подледной жизни, поскольку наличие океана (или моря вблизи Южного полюса) жидкой воды подо льдом становится для него намного более вероятным. Высокие температуры и недавно обнаруженное наличие солей в кристаллах, выбрасываемых гейзерами Энцелада, делает этот спутник Сатурна очень благоприятным для зарождения жизни в его водах.

    По последним оценкам, температура вокруг гейзеров достигают −90°C, а в некоторых случаях превышают −70°C. Но то, что для Земли считается адским холодом, для заледенелого спутника Сатурна адская жара, поскольку средняя температура его поверхности не превышает −220°C. Кэрли Хоуэтт (Carly Howett), возглавляющий исследование, утверждает, что такое расхождение в предсказанных и реальных температурах, явилось для ученых настоящим сюрпризом и до сих пор остается загадкой.

    Правда, возможное объяснение все-таки есть. Оно связано с гравитационным взаимодействием Энцелада не только с Сатурном, но и с другим его спутником – Дионой, с орбитой которого орбита Энцелада время от времени сближается. Это может приводить к периодам усиления приливного нагрева энцеладовских вод. Если так, то «Кассини» очень повезло и он попал как раз в момент океанского лета, когда Энцелад наиболее активен». (11.03.2011, 11:19, Мск). http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2011/03/11/431537

    «Cassini» находит, что Энцелад - электростанция

Этот график, построенный по данным от космического корабля НАСА «Cassini», показывает, что южный полярный ландшафт луны Сатурна Энцелад испускает гораздо большее количество мощности, чем первоначально предсказали ученые. Изображение: NASA/JPL/SWRI/SSI › Full image and caption

    «(PhysOrg.com) – Мощность теплового излучения от южной полярной области Энцелада, луны Сатурна,  намного больше, чем считали возможной раньше, согласно новому анализу данных, собранных космическим кораблем НАСА «Cassini». Исследование было опубликовано 4 марта в «Journal of Geophysical Research».

    Данные от сложного инфракрасного спектрометра «Cassini» по южному полярному ландшафту Энцелада, который отмечен линейными трещинами, указывают, что его внутренняя тепловая мощность, производимая с использованием механизмов, которые еще не поняты - приблизительно 15.8 гигаватт, то есть примерно столько, сколько выдают 20 угольных электростанций, что приблизительно в 2.6 раза больше тепловой мощности всего Хот-Спрингса в Йеллоустонском супервулканическом регионе, или от трех до десяти раз превышает аналогичный показатель для любого участка поверхности Земли той же площади.

Это - более чем на порядок величины выше, чем предсказывали ученые ранее, как считает Кэрли Хоуэтт (Carly Howett), ведущий автор исследования, постдокторский исследователь в Юго-западном Научно-исследовательском институте в Боулдере, Колорадо, член научной команды сложного инфракрасного спектрометра.

    «Механизм, способный к созданию наблюдаемой намного более высокой внутренней тепловой мощности, остается тайной и бросает вызов предложенным в настоящее время моделям долгосрочного производства высокой температуры», - говорит Хоуэтт. 

Выбросы с поверхности Энцелада, Сатурн на заднем фоне http://homepage.mac.com/joebergeron/enceladus.htm 

    Начиная с 2005 года было известно, что южный полярный ландшафт Энцелада геологически активен, а деятельность сосредоточена в четырех грубо параллельных линейных трешинах, 130 километров длинной и приблизительно 2 километра шириной, неофициально известных как «полосы тигра». «Cassini» также нашел, что эти трещины непрерывно извергают большие перья ледяных частиц и водного пара в космос. Температура в этих трещинах повышена за счет нагрева тепловыми потоками из внутренностей Энцелада.

    Исследование 2007г. предсказало, что внутренняя тепловая мощность Энцелада, если бы она преимущественно производилась приливно-отливными силами, являющимися результатом орбитального резонанса между Энцеладом и другой луной, Дионой, могла быть не больше, чем 1.1 гигаватт, при усреднении по длительному периоду. Нагревание от естественной радиоактивности внутри Энцелада добавило бы ещё 0.3 гигаватта. Т.е ожидали около 1.4 гигаватт нагрева – а нашли 15.8 гигаватт (на порядок больше).

    Самый последний анализ, в котором также участвовали члены команды сложного инфракрасного спектрометра Джон Спенсер из Юго-западного Научно-исследовательского института, и Джон Пёрл и Марсе Сегура из Космического Центра полетов им. Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд, использует наблюдения, предпринятые в 2008 г., которые охватывают полный южный полярный ландшафт. Они установили поверхностные температуры Энцелада, чтобы определить удивительно высокую тепловую мощность этой области.

    Возможное объяснение наблюдаемого высокого потока тепла - то, что орбитальные отношения Энцелада с Сатурном и Дионой изменяются со временем, позволяя существовать периодам более интенсивного приливно-отливного нагревания, отличающихся от более неподвижных периодов. Это означает, что «Cassini» мог быть достаточно удачливым, чтобы увидеть Энцелад, когда он необычно активен.

    Новое измерение потока более высокой температуры делает более вероятным существование жидкой воды ниже поверхности Энцелада, отмечает Хоуэтт.

    Недавно ученые, изучающие ледяные частицы, выброшенные из перьев, обнаружили, что некоторые из частиц богаты солью, и вероятно являются замороженными капельками соленого океана, находящегося в контакте с богатым минералами каменным ядром Энцелада. Присутствие подповерхностного океана, или возможное южное полярное море между внешней ледяной оболочкой луны и её каменным ядром увеличило бы эффективность приливно-отливного нагревания, позволяя большие приливно-отливные деформации ледяной оболочки.

   «Возможность наличия жидкой воды, приливно-отливного источника энергии и наблюдения органических (богатых углеродом) веществ  в пере Энцелада делает спутник необычайно интересным для астробиологов», - считает Хоуэтт». (March 8, 2011). http://www.physorg.com/news/2011-03-cassini-enceladus-powerhouse.html

    Изменение гравитационной потенциальной энергии спутников при движении вокруг планет по эллиптическим орбитам     

    «Гравитационная потенциальная энергия спутников при движении по эллиптическим траекториям периодически изменяется, что приводит к возникновению приливных явлений в спутниках и планетах (т.к. диаметр их не равен нулю).

    Простые прикидочные расчеты показывают, что разность между минимальной и максимальной потенциальной энергией Энцелада при движении по своей орбите в гравитационном поле Дионы (в приближении движения по круговой орбите вокруг Сатурна) равна ΔUed= 4.381×1022 Дж, при этом разность максимальных значений приливных ускорений точек поверхности Энцелада, ближайшей к Дионе, и точек-антиподов поверхности обратного полушария Энцелада равна: Δwba=2.72×10-8 м/с2. Сами максимальные приливные ускорения составляют wb= 3.773×10-6 м/с2, wa= 3.746×10-6 м/с2.

    Для сравнения, разность между минимальной и максимальной потенциальной энергией Энцелада при движении по своей орбите в гравитационном поле Сатурна при e = 0,0045 равна ΔUeS= 1.55×1026 Дж, при этом разность максимальных значений приливных ускорений точек на поверхности Энцелада, ближайшей к Сатурну, и точек-антиподов на поверхности обратного полушария Энцелада равна: Δwba=2.84×10-3 м/с2. Сами максимальные приливные ускорения составляют wb= 0.671м/с2, wa= 0.669 м/с2.

    Таким образом, максимальное изменение потенциальной энергии Энцелада в гравитационном поле Сатурна в 3,5×103 раз больше максимального изменения потенциальной энергии Энцелада в гравитационном поле Дионы, а максимальная величина разности приливных ускорений – в ~1×105 раз больше для Сатурна по сравнению с Дионой. Соответственно во столько же раз будут меньше вызываемые Дионой деформации в теле Энцелада и, соответственно, диссипируемая в нем энергия приливов.

    Из приведенных цифр видно, что орбитальный резонанс Энцелада с Дионой не может существенно повлиять на его энергетический баланс, по сравнению с влиянием Сатурна. И если даже диссипация энергии приливов, вызванных Сатурном, не дает необходимой величины, то тем более не поможет учет гораздо более слабого влияния Дионы. Даже с учетом резонансных явлений требуемая добротность системы должна быть Q › 105, т.е величина энергии, рассеиваемой системой за один период колебания, должна быть в сотни тысяч раз меньше энергии, поступающей за счет приливных взаимодействий, что, очевидно, не может быть практически реализовано для открытой системы, которой является Энцелад.

    Как показано в статье «Tidal evolution of Mimas, Enceladus, and Dione» Jennifer Meyer & Jack Wisdom, оценочная величина нагревания от внутренней (радиогенной) радиоактивности – 0,32 GW, а оценочная величина приливно-отливного нагревания, следующая из маленького орбитального эксцентриситета Энцелада - приблизительно 0,12 GW, для принятых k2 =0,0018 и Q =20 (Porco и другие., 2006). Так что эти источники нагревания неадекватны поступающей энергии.

    Для спутников Сатурна в прошлом возможны и другие конфигурации резонансов младшего порядка. Они включают резонансы 3:2 Mимас- Энцелад и 3:4 Энцелад-Teфия. Последний резонанс не имеет никакого равновесия, потому что орбиты расходятся, а предыдущий дает только 0.48 GW нагрева в равновесии. Так что равновесный нагрев  в прошлых резонансах нисколько не более успешен при объяснении повторно повторяющихся событий, чем равновесный нагрев - при объяснении существующей деятельности.

    Squyres и др. (1983) замечают, что, даже если бы текущая величина приливно-отливного нагрева была достаточна, чтобы поддерживать  Энцелад в активном  состоянии, потребовался бы намного больший нагрев, чтобы начать процесс. Они считают, что необходима мощность нагрева порядка 25 GW, чтобы  началось таяние, и предполагают, что она могла бы быть получена при намного большем орбитальном эксцентриситете.

    Анализ тепловых спектров эмиссии Энцелада, полученных в 2008г. с помощью Сложного Инфракрасного Спектрометра (CIRS)  Cassini в диапазоне от 10 до 600 см−1 показывает, что для разумных предположений о пространственном распределении эмиссии и термофизических свойствах нагретой солнечным излучением подстилающей поверхности, которые поддержвают CIRS наблюдения поверхностных температур в активной области, эндогенная мощность южного полярного ландшафта Энцелада находится в пределах 15.8 ± 3.1 GW. Это примерно в 3 раза выше, чем предыдущая оценка 5.8 ± 1.9 GW.

    Резюме: приливные источники энергии не оказывают существенного влияния на обеспечение существующей эндогенной тепловой мощности южного полярного региона Энцелада». (Материал Nikkro).

    Энцелад оказался схож по составу с кометами

    «Результаты исследования, проведённого при помощи космического зонда «Кассини», показали, что по своему химическому составу спутник Сатурна Энцелад очень сильно напоминает комету.

    Это удивило учёных, так как считается, что спутники планет-гигантов формируются в других условиях.
   12 марта 2008 года «Кассини» пролетел через водяные выбросы с поверхности Энцелада. Кроме водяного пара, инструменты аппарата зафиксировали в них двуокись углерода, метан и некоторые другие, более сложные органические элементы, такие, как пропан. По словам исследователя Хантера Уйте из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас, такого количества органики в гейзерах этого спутника Сатурна, специалисты не ожидали обнаружить. Также выяснилось, что химический состав Энцелада очень схож с составом комет.
   Джулия Кастилло из Лаборатории реактивного движения NASA говорит, что, скорее всего и кометы и Энцелад формировались из одного и того же материала и в них происходили схожие процессы. Это достаточно странно, так как считается, что кометы сформировались вдали от Солнца, рядом с орбитами Нептуна и Урана. Энцелад, в свою очередь, сформировался из облака газа, породившего Сатурн и его основные луны. Таким образом, в первом и во втором случае температура и давление должны были быть разными, так что и состав их должен отличаться.
   Уильям Маккин из Университета им. Вашингтона в Сент Луис, штат Миссури считает, что Энцелад никак не может быть гигантской кометой, притянутой Сатурном. Он, однако, не исключает того, что химические элементы комет присутствовали в газопылевом облаке планеты-гиганта. Или, возможно, Энцелад в период ранней Солнечной системы, подвергся усиленной бомбардировке кометами.
   Во время пролёта этого спутника Сатурна, инфракрасная камера «Кассини» обнаружила выделения тепла в районе южного полюса Энцелада. Температура в районе «тигровых полос» - разломов поверхности космического тела - на 90° превышает температуру в его других регионах». (28 марта 2008 года). http://science.compulenta.ru/

    После этого материала напрашивается переход к теме аномальных комет и пересказ некоторых гипотез об их сродстве с астероидами. А к работе генератора энергии в недрах Энцелада еще вернусь.