Enceladus (vệ tinh)
Đặc điểm > Lỗ phun trào nhiệt độ thấp

Từ sau khi tàu Voyager bay qua Enceladus vào những năm đầu thập niên 80, các nhà khoa học đã phỏng đoán rằng vệ tinh này vẫn đang có các hoạt động địa chất do nó có bề mặt trẻ, phản xạ mạnh cũng như vị trí nằm trong vùng lõi của vành đai E. Mối quan hệ giữa Enceladus và vành đai E khiến cho người ta tin rằng vật chất như bụi và hơi nước từ trong lòng vệ tinh là nguồn chính tạo ra vành đai. Mặc dù vậy thì những dữ liệu từ 2 tàu Voyager không đủ làm bằng chứng xác đáng để khẳng định những giả thuyết trên.
Những dữ liệu được các thiết bị của tàu Cassini thu thập năm 2005 đã cho thấy sự tồn tại của các lỗ phun trào nhiệt độ thấp (hay còn gọi là núi lửa băng, mặc dù cách gọi này không chính xác). Không giống như núi lửa trên Trái Đất thường là các miệng núi phun ra magma là đất đá ở nhiệt độ nóng chảy, núi lửa băng chỉ là các lỗ (hay khe) phun ra nước và các chất dễ bay hơi khác. Bức hình đầu tiên về một đám bụi các hạt băng thoát ra từ cực nam của Enceladus được chụp bởi dụng cụ chụp ảnh khoa học ISS vào tháng 1 và tháng 2 năm 2005. Mặc dù vậy để tránh trường hợp các thiết bị có sai lầm, các nhà khoa học đã hoãn lại việc công bố phát hiện. Tiếp đó, ngày 17/2/2005 dữ liệu từ dụng cụ đo từ trường đã phát hiện thấy các bằng chứng về khí quyển trên Enceladus, từ đó chứng thực sự tồn tại các hố phun. Cụ thể, máy đo từ trường đã quan sát thấy sự gia tăng năng lượng của các sóng cyclotron ion gần Enceladus. Các sóng này được tạo thành do sự va đập của các hạt bị ion hóa và từ trường. Tần số của sóng được sử dụng để xác định cấu tạo của hạt, mà ở đây là hơi nước bị ion hóa. 2 lần đến gần vệ tinh tiếp theo của Cassini, thiết bị đo này đã khẳng định rằng các khí trong khí quyển của Enceladus chủ yếu tập trung ở vùng cực nam. Các nơi khác mật độ khí quyển thấp hơn rất nhiều. Máy chụp ảnh quang phổ tia cực tím (UVIS) đã khẳng định lại kết quả trên khi Enceladus che khuất mặt trời khỏi tầm quan sát của Cassini vào các ngày 17/2 và 14/7. Không giống như thiết bị đo từ trường, UVIS không phát hiện thấy khí quyển ở khu vực xích đạo vào lần bay qua tháng 2 nhưng lại phát hiện thấy hơi nước khi quan sát khu vực cực nam vào lần bay qua tháng 7.
Có một điều may mắn là trong lần bay qua ngày 14 tháng 7, tàu Cassini đã xuyên qua đám mây khí. Điều này cho phép các thiết bị như Máy quang phổ khối lượng trung tính và ion (INMS) và Máy phân tích bụi vũ trụ (CDA) lấy mẫu vật chất trong đám khói bụi. INMS đã tính toán thành phần của đám mây khí và phát hiện thấy phần lớn là hơi nước, cộng thêm một số chất khác như nitơ phân tử, mêtan và CO2. CDA thì nhận thấy sự gia tăng đột ngột mật độ vật chất trong khu vực xung quanh Enceladus. Phân tích các kết quả của CDA và INMS cho thấy Enceladus là nguồn chính cho vật chất của vành đai E và cột khói bụi Cassini bay qua vào tháng 7 chính là vật chất (chủ yếu là nước) phun ra từ một hố phun nhiệt độ thấp gần cực nam.
Những hình ảnh xác nhận sự tồn tại của đám bụi được chụp vào tháng 11 năm 2005. ISS đã chụp được hình ảnh những hạt băng bị phun ra từ vùng cực nam Enceladus. Như đã nói ở trên, đám bụi đã được chụp hình vào tháng 1 và tháng 2 năm 2005. Nhưng cần có những bức ảnh chụp vào thời điểm Mặt trời ở ngay phía sau Enceladus và so sánh chúng với những bức ảnh chụp các vệ tinh khác của Sao Thổ ở cùng vị trí để khẳng định hình ảnh của đám bụi. Những bức ảnh chụp tháng 11 đã cho thấy rõ cấu trúc của nó. Đám bụi gồm nhiều cột bụi (có thể được phun ra từ nhiều hố phun khác nhau) nằm trong một vùng bụi lớn và mờ trải rộng tới khoảng cách 500 km từ bề mặt. Như vậy, Enceladus trở thành thiên thể thứ 4 có hoạt động của núi lửa, bên cạnh Trái Đất, vệ tinh Triton của Sao Hải Vương và Io của Sao Mộc. Bộ phận UVIS của Cassini tháng 10 năm 2007 cũng quan sát được vị trí các lỗ phun khí trong đám mây bụi trùng với vị trí các lỗ phun bụi băng đã được ISS tìm thấy.
Những quan sát của tàu Cassini ngày 12 tháng 3 năm 2008 đã cung cấp thêm nhiều dữ liệu về các chất hóa học có mặt trong đám bụi khí. Chúng gồm có một số hydrocarbon đơn và phức như prôpan, êtan và acetylene. Những phát hiện mới gợi mở khả năng tồn tại sự sống bên dưới bề mặt của Enceladus. Theo tính toán của thiết bị INMS, cấu tạo của đám bụi khí tương tự như cấu tạo bụi khí của các sao chổi.
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
|  Một mô hình cho hoạt động các núi phun trào nhiệt độ thấp của Enceladus |  Vị trí các lỗ phun 1, 5 | Vị trí các lỗ phun 2, 3 |
Phân tích dữ liệu từ các bức ảnh, thiết bị quang phổ khối lượng và thiết bị đo từ trường đưa ra giả thuyết đám bụi khí được phun lên từ một khoang nằm dưới bề mặt Enceladus dưới áp lực cao, tương tự như cấu trúc các suối nước nóng trên Trái Đất. Do các thiết bị INMS và UVIS không phát hiện thấy amonia trong đám bụi khí, một chất đóng vai trò chất chống đông, khoang áp suất cao dưới bề mặt Enceladus phải chứa nước gần như nguyên chất ở dạng lỏng, nhiệt độ ít nhất là 270 K (−3 °C) (xem hình trên bên trái). Nước nguyên chất cần nhiều năng lượng (đến từ các nguồn nội năng do biến dạng hoặc từ phân rã phóng xạ) hơn để tan chảy so với hợp chất nước - amonia.
Một giả thuyết thứ 2 cho rằng đám bụi khí sinh ra do sự thăng hoa của băng. Ngày 14 tháng 7 năm 2005, thiết bị quang phổ hồng ngoại đa hợp (CRIS) đã tìm thấy một vùng băng ấm ở gần cực nam. Nhiệt độ ở vùng này nằm trong khoảng 85 đến 90 K, một vùng nhỏ có nhiệt độ lên tới 157 K (−116 °C). Do ánh sáng mặt trời không đủ làm băng có nhiệt độ như vậy, nhiệt lượng làm ấm vùng băng này chỉ có thể xuất phát từ bên trong của Enceladus. Với nhiệt độ đó, băng có thể thăng hóa và hình thành đám mây bụi băng. Giả thuyết đưa đến kết luận một lớp băng nhão có cấu tạo từ amonia và nước ở nhiệt độ chỉ 170 K (−103 °C) có thể làm nóng băng ở bề mặt và hình thành nên đám mây bụi khí, như vậy là không cần nhiều năng lượng như ở giả thuyết đầu. Mặc dù vậy, do đám mây bụi khí có lượng vật chất dồi dào, giả thuyết thứ nhất có tính thuyết phục cao hơn nhiều so với giả thuyết thứ 2.
Bên cạnh đó, Kieffer và một số người khác cho rằng đám mây bụi khí được hình thành từ các phân tử ngậm nước dạng mạng lưới. carbon điôxit, mêtan và nitơ từ các phân tử này được giải phóng khi chúng tiếp xúc với chân không thông qua các kẽ nứt sọc hổ. Giả thuyết thứ 3 này thậm chí không cần sự cung cấp của nhiệt lượng để làm tan chảy băng, và có thể giải thích sự vắng mặt của amôniăc trong đám bụi khí.