Enceladus (mesiac)

Enceladus (definitívne astronomické označenie Saturn II) je mesiac planéty Saturn, jeden z najväčších mesiacov objavených do 19. storočia.
Objavil ho nemecko-britský astronóm William Herschel v roku 1789. Mesiac bol pomenovaný podľa jedného z gigantov, Enkelada, ktorého zahubila bohyňa Pallas Aténa tým, že na neho hodila ostrov Sicília. Meno navrhol objaviteľov syn, astronóm John Herschel v roku 1847.
Enceladus obieha v riedkom vonkajšom Saturnovom prstenci známom ako prstenec E a sonda Cassini potvrdila, že dodáva materiál do tohto prstenca. Mesiac sa skladá najmä z ľadu, v dôsledku čoho má jeho povrch najvyššiu odrazivosť spomedzi všetkých veľkých telies slnečnej sústavy. Doteraz vykazuje sopečnú aktivitu, ktorá sa prejavuje vo forme výtryskov ľadových gejzírov – tzv. kryovulkanizmus. Zo starších geologických období sa na jeho povrchu zachovali oblasti pomerne husto posiate krátermi, ale krátery s priemerom väčším ako sa na mesiaci už nevyskytujú, pretože ich kryovulkanická činnosť vyhladila alebo prekryla. Geologicky najaktívnejšie sú oblasti okolo južného pólu. Výskyt kvapalnej vody v hlbinách tohto mesiaca vedie k špekuláciám o možnom výskyte mimozemského života.
Doteraz najnovšie poznatky o tomto mesiaci pochádzajú zo sondy Cassini, ktorá obiehala okolo Saturna do roku 2017.
Fyzikálne vlastnosti.
Enceladus má tvar podobný guli s rozmermi 512 x 495 x , čím je šiestym najväčším mesiacom Saturna. Aj jeho najväčší priemer je len desatinou priemeru Titanu, najväčšieho Saturnovho mesiaca. Napriek tomu si dokázal udržať atmosféru podobne ako Titan, i keď atmosféra Encelada je veľmi riedka a bola zistená až na základe meraní sondy Cassini.
Medzi pevnými telesami slnečnej sústavy má Enceladus najvyššie albedo – odráža 99 % dopadajúceho slnečného svetla, čo je viac, ako odrazivosť listu papiera. Jeho hustota je iba 1,12 g/cm3, z čoho vyplýva, že podstatnú zložku jeho objemu tvorí ľad.
Dráha a rotácia.
Enceladus obieha Saturn po dráhe s veľkou polosou , čo sú necelé dve tretiny vzdialenosti Mesiaca od Zeme. Jeho obežná dráha sa nachádza medzi dráhami mesiacov Mimas a Tethys. Je to jedenásty známy mesiac v poradí od planéty. Jeho dráha má pomerne veľkú excentricitu a minimálna (pericentrum) a maximálna (apocentrum) vzdialenosť od planéty sa navzájom líšia až o . Enceladus je v dráhovej rezonancii 1:2 s mesiacom Dione.
Rovnako ako väčšina ostatných Saturnových mesiacov má aj Enceladus viazanú rotáciu a okolo vlastnej osi sa otočí raz za 32 hodín a 53 minút. Rovnaký čas mu trvá aj jeden obeh okolo planéty. Jeho rotačná os je iba minimálne sklonená k rovine obežnej dráhy, čo je podobné ako u mesiaca Mimas.
Geologicky aktívne sú najmä oblasti okolo južného pólu mesiaca, čo je prekvapivé. Predpokladá sa, že Enceladus sa v minulosti v priestore pretočil, čím sa zahrievané, rozpínajúce sa a teda aj menej husté časti telesa dostali na pól, pričom oblasť s hustejšou hmotou sa dostala na rovník. Vnútorný ohrev mesiaca Enceladus je pravdepodobne tiež výsledkom jeho excentrickej dráhy okolo planéty Saturn. Mesiac počas obehu okolo planéty periodicky stláčajú a naťahujú slapové sily, čo v jeho vnútri vedie k premene mechanickej energie na energiu tepelnú.
Atmosféra.
Enceladus má veľmi riedku atmosféru, ktorá však zrejme nie je súvislá a vyskytuje sa len miestami. Je zložená najmä z vodnej pary (65 %) a molekulárneho vodíka (20 %). Zvyšné percentá pripadajú predovšetkým na oxid uhličitý s malou prímesou dusíku a oxidu uhoľnatého. Hustota vodnej pary kolíše s výškou, čo napovedá, že pochádza z lokalizovateľného zdroja.
Keďže gravitácia mesiaca je veľmi slabá a nestačí na trvalé udržanie atmosféry, musí existovať mechanizmus, ktorý unikajúce častice do atmosféry dopĺňa. Predpokladá sa, že zdrojom častíc sú ľadové gejzíry. Materiál vyvrhnutý gejzírmi z vnútra mesiaca tvorí predovšetkým voda v podobe drobných ľadových kryštálikov, vodné pary a ionizované atómy a molekuly. Vyvrhovaný materiál obsahuje tiež molekulárny vodík, dusík, oxid uhoľnatý a ďalšie látky. Sonda Cassini detegovala v týchto výtryskoch hlavne molekulárny vodík, metán a oxid uhličitý. Množstvo metánu bolo nečakané a takáto koncentrácia môže byť vytváraná metanogenézou (tvorba metánu živými organizmami). Môže však ísť aj o rozklad prvotnej organickej hmoty (z komét) v jadre mesiaca, a metán sa uvoľňuje cez hydrotermélne procesy.
Pozorovania zvláštnych mrakov, ktoré tryskajú z povrchu mesiaca, by mohli vysvetliť veľké zásoby vody pod povrchom mesiaca. Vodné a ľadové častice vytvárajúce mraky by mohli tryskať cez prieduchy vedúce do pravdepodobne tekutého a teplého vnútra Encelada.
V blízkosti mesiaca objavila sonda Cassini aj zvýšenú koncentráciu prachových častíc.
Povrch.
Povrch mesiaca sa podľa prvých záberov kozmických sond podobal na povrchy už známych Jupiterovych mesiacov Európy a Ganymeda. Pokrývajú ho trhliny v ľadovej kôre s rozvetvenou štruktúrou a množstvo kráterov. Rozbor spektra urobený sondou Cassini nepotvrdil prímes metánu a oxidu uhličitého v ľade, takže existuje predpoklad, že Enceladus pokrýva čistý vodný ľad nanajvýš so stopovými prímesami iných látok. Povrchová teplota je pomerne nízka a paradoxne väčšia na póloch, kde dosahuje 85 – 110 K ako na rovníku (80 K). Najvyššie teploty boli namerané v blízkosti zlomov v ľadovej kôre a dosahovali viac než 110 K (−163 °C).
Na ľadovom povrchu je možné rozpoznať najmenej päť rôznych typov terénov: početné deformácie, trhliny a preliačiny, ale iba málo kráterov, mnohé pretvorené plastickým tečením povrchových vrstiev mesiaca. Niektoré oblasti sú posiate krátermi veľmi nahusto, kým iné neobsahujú skoro žiadne. To svedčí o odlišnom veku týchto oblastí. Najväčší kráter má priemer asi . Na Encelade sú tiež mierne sa zvažujúce pohoria s výškou do dvoch kilometrov.
Na niektorých snímkach zo sondy Cassini sú viditeľné rozhádzané ľadové bloky s priemerom asi 10. Charakter týchto oblastí je značne odlišný od zvyšku mesiaca.
Je zrejmé, že celý povrch je relatívne mladý (niektoré oblasti mladšie ako 100 miliónov rokov) a od veľkého bombardovania krátko po vzniku slnečnej sústavy bol najmenej raz pretavený. Preto sa predpokladá existencia aktívneho kryovulkanizmu a azda aj podpovrchového oceánu v hĺbkach okolo . Geologicky aktívna je najmä južná pologuľa mesiaca. Rozsiahle ryhy a praskliny na severnej pologuli tiahnuce sa neraz aj cez krátery však dokazujú, že nejaké známky geologickej aktivity nesie aj severná pologuľa mesiaca.
Tigrie pásy.
Tigrie pásy sú štyri obrovské, v podstate rovnobežné trhliny, v ľadovej kôre v južnej polárnej oblasti Enceladu. Tiahnu sa v dĺžke mnoho kilometrov a s pravidelnou vzdialenosťou 35 km od seba. Pravdepodobne vznikli v dôsledku pôsobenia slapových síl (ktoré sú na póloch najsilnejšie) len nedávno, možno len pred niekoľkými desiatkami rokov.
Ľad pri trhlinách je flexibilný, tlak vody neumožňuje uzatvorenie/zmrznutie trhlín a vystreknutá voda padá zamrznutá späť a spevňuje okraje trhliny. Trhliny preto nevznikajú na severnej časti a sú rovnobežné.
Infračervené zábery zo sondy Cassini ukázali, že trhliny a ich okolie majú najväčšiu teplotu z celého povrchu mesiaca vôbec. To viedlo k zisteniu, že práve z týchto trhlín tryskajú na povrch ľadové fontány. Presné miesto výtryskov sa podarilo určiť na základe údajov z preletu sondy nad povrchom Encelada 11. augusta 2008. Štyri ústia gejzírov, ktoré vtedy vedci objavili, dostali pomenovanie "Damašek", "Bagdad", "Alexandria" a "Káhira".
Vnútro.
Enceladus je pomerne malý, napriek tomu však vykazuje rozsiahlu geologickú aktivitu. Vyvolávajú ju pravdepodobne slapové sily planéty Saturn, podobne ako pri Jupiterových mesiacoch Io a Europa. Slapové trenie ľadových blokov mesiaca umožňuje jeho excentrická dráha. Keď je Enceladus najbližšie k planéte, pôsobí naň totiž nezanedbateľne väčšia gravitačná sila, ako keď je od planéty najďalej. Pod jej vplyvom sa ľadové bloky tvoriace kôru mesiaca posúvajú rádovo niekoľko desiatok centimetrov. Pri tomto periodickom pohybe hmôt mesiaca vzniká teplo, ktoré udržiava vrstvy pod jeho povrchom v kvapalnom stave. Mesiac má teda podpovrchový oceán. Pôvodne sa predpokladalo, že tento oceán sa nerozprestiera pod celou ľadovou kôrou, ale iba pod južným pólom telesa, ktoré je geologicky najaktívnejšie. Na základe činnosti sondy Cassini zahŕňajúcej zmeny obežnej dráhy mesiaca, zmeny jeho gravitácie a merania intenzity magnetického poľa sa zistilo, že tento podpovrchový oceán je globálny, čiže leží pod celým povrchom.
Predpokladá sa, že k vzniku podpovrchového oceánu môže prispievať aj skutočnosť, že dráhy Encelada a Dione sú v rezonančnej väzbe, čo vyvoláva vnútri obidvoch mesiacov dodatočné slapové sily. Spolupôsobiť môže aj mesiac Mimas. Vplyv slapových síl by však nestačil na roztavenie ľadu, preto sa vedci domnievajú, že vnútro Encelada musí obsahovať aj iné tekuté látky s nízkym bodom varu.
Prstenec E a ďalšie mesiace.
Prstenec E je vonkajší prstenec systému Saturnovych prstencov rozprestierajúci sa vo vzdialenostiach rovnajúcich sa trom až ôsmim polomerom Saturna, čo zodpovedá vzdialenosti 181 000 od stredu planéty. Tvoria ho extrémne malé častice s rozmermi okolo jedného mikrometra. Pozdĺž dráhy Enceladu, ktorý v prstenci obieha, je prstenec výrazne zjasnený. Astronómovia predpokladajú, že častice do tohto širokého difúzneho prstenca dodáva práve Enceladus. Ľadové výtrisky z Encelada sú možno dokonca zodpovedné aj svetlé povrchy mesiacov Tethys, Mimas, Dione a Rhea. Vyvrhované častice ľadu v podobe miniatúrnych kryštálikov sa zarezávajú do ľadových povrchov týchto mesiacov vysokými rýchlosťami niekoľko km/s. Bez týchto ľadových čiastočiek by povrch mesiacov postupne zošedol v dôsledku bombardovania elektricky nabitými časticami slnečného vetra.
Kozmický prieskum.
Prvé snímky mesiaca vyhotovila počas preletu okolo Saturna sonda Voyager 1 v decembri 1980, ale snímky s lepším rozlíšením, umožňujúcim jeho vedecké skúmanie, získal až Voyager 2 v auguste 1981.
Intenzívny prieskum Encelada sa začal zásluhou sondy Cassini, ktorá okolo neho mnohokrát veľmi tesne preletela. Enceladus bol hneď po Titane druhým najdôležitejším cieľom výskumu tejto sondy medzi mesiacmi. Úlohou sondy bolo overiť platnosť hypotézy o geologickej aktivite a tiež o tom, či častice pochádzajúce z aktívnych gejzírov zásobujú časticami prstenec E. Snímky mesiaca zo sondy Cassini majú až 10-krát väčšie rozlíšenie ako jeho snímky z Voyagerov 1 a 2.
Prvé tri prelety sondy Cassini nad Enceladom prebehli 17. februára, 9. marca a 14. júla 2005. Po prvýkrát sa sonda priblížila na , po druhýkrát na , po tretíkrát iba na . Podarilo sa získať veľa snímok s vysokým rozlíšením. Merania magnetického poľa v blízkosti Encelada odhalilo prítomnosť iónov, pravdepodobne ionizovanej vody, pochádzajúcich zrejme z veľmi riedkej atmosféry. Ďalšie prelety vo väčšej vzdialenosti sa uskutočnili 29. marca () a 21. mája 2005 (). 14. júla roku 2005 Cassini preletel okolo tohto mesiaca vo výške iba , čo bol v tej dobe najbližší uskutočnený prelet v histórii kozmonautiky. Počas preletu prístroj MAG (magnetometer) monitoroval interakcie Encelada s plazmou Saturnovej magnetosféry. Pri preletových meraniach bolo dokázané, že Enceladus má riedku atmosféru. Počas dvoch obletov zaznamenal magnetometer ohyb siločiar magnetického poľa okolo Enceladu, čo mohla spôsobiť iba prítomnosť atmosféry. Snímky mesiaca Enceladus s vysokým rozlíšením zachytávali výtrysky ľadového materiálu. 9. októbra 2008 sa uskutočnil prelet, ktorý bol výnimočný tým, že bol veľmi tesný. Sonda sa priblížila k tomuto mesiacu len na vzdialenosť od jeho povrchu.
Podľa snímok Encelada z decembra 2008 zo sondy Cassini sa niektoré terénne útvary na Encelade pohybujú. Prehliadky najnovších snímok ukázali, že veľké časti povrchu sa posunuli jedným smerom. Ide o neobvyklý prejav tektonickej aktivity, ktorý naznačuje, že pod povrchom Encelada sa nachádza oceán kvapalnej vody.
S blížiacim sa koncom misie sondy Cassini začala sonda prelietať aj ponad severný pól Enceladu. Nemohla to urobiť počas prvých rokov služby, pretože v tom čase bol pól mesiaca trvale v tieni. Posledné prelety urobila dosluhujúca sonda koncom roku 2015. Predposledný z nich bol význačný tým, že jeho najbližší bod ležal len vo výške 48 km nad povrchom telesa a sonda pri ňom preletela priamo cez gejzír. Celkový počet preletov tejto sondy okolo Encelada dosiahol číslo 22.
Možnosť života.
Keďže pod ľadovou kôrou mesiaca sa veľmi pravdepodobne nachádza voda v tekutom skupenstve, nedá sa vylúčiť ani existencia živých organizmov na tomto mesiaci. V porovnaní s inými telesami slnečnej sústavy je Enceladus jedným z najnádejnejších kandidátov na hľadanie života mimo Zeme. Ale pokiaľ na Encelade život je, s najväčšou pravdepodobnosťou sú to len formy mikroorganizmov, schopných žiť v extrémnych podmienkach. Larry Esposito z Coloradskej univerzity o vode na Encelade tvrdil: „Nie je vôbec jasné, či podzemná voda na Encelade je pre život vhodná." Sonda Cassini ku koncu svojej životnosti prelietala cez ľadové výtrysky mesiaca, aby do tejto otázky vniesla trochu svetla. Na priamu detekciu života však vybavená nebola. V ľadových zrniečkach a vodných parách, ktoré tieto výtrysky obsahovali, našla molekulárny vodík. Ten by mohol byť podľa hlavnej autorky článku publikovaného v roku 2020, Christine Rayovej, zdrojom potravy pre mikroorganizmy. Na Zemi totiž hlbokomorské anaeróbne mikroorganizmy žijúce pri hydrotermálnych výveroch metabolizujú vodík za vzniku metánu. Autori pripúšťajú aj ďalšie potenciálne zdroje potravy pre prípadné mikróby.
Bob Brown, pracovník pracujúci na misii Cassini, povedal na konferencii vo Viedni, že Enceladus má k dispozícii základné chemické stavebné kamene pre vznik života alebo aspoň jeho predchodcov. Jeffrey Kargel z Arizonskej univerzity však v článku pre časopis "Science" napísal, že prípadný život ale bude v najlepšom prípade mikrobiálny, hlboko pod povrchom v mrazivom podpovrchovom oceáne: "Žiadny život, pokiaľ by existoval, by nemohol byť za takýchto podmienok hojný. Musel by znášať nízke teploty, minimum metabolizovateľnej energie a možno aj dosť drsné chemické prostredie. Viac-menej však nemôžeme vylúčiť možnosť, že by Enceladus mohol byť vzdialenou základňou života." Prítomnosť života dodnes nebola dokázaná ani vyvrátená.
Mytológia.
Mýtický Enceladus (v gréckej mytológii "Enkelados") bol jedným z gigantov, potomkov bohyne Zeme Gaie. Giganti boli obludní obri s nesmiernou silou. Vzbúrili sa proti bohom sídliacim na Olympe pod vedením Dia, ale boli porazení. Encelada najvyšší boh Zeus opálil bleskom a preto z boja ušiel. Na úteku však na neho bohyňa Aténa hodila ostrov (dnes známy ako Sicília). Podľa tohto mýtu je práve Enceladus zodpovedný za plamene, ktoré šľahajú zo sopky Etna, pretože poď ňou sídli.