A NASA Cassini-űrszondájának mérései arra utalnak, hogy a Szaturnusz egyik holdja, a Halálcsillaghoz hasonló Mimas felszíne alatt óceán rejtőzhet.

A 130 kilométer átmérőjű Herschel-kráter a Csillagok háborúja Halálcsillagához hasonló megjelenést kölcsönöz a Szaturnusz legbelső holdjának. A kráterezett felszín nem utal arra, hogy a hold belsejében óceáni tevékenység zajlana. (NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

A Szaturnusz gyűrűi mellett keringő Mimas talán a Naprendszer egyik legfigyelemreméltóbb holdja, már csak azért is, mert megtévesztően hasonlít a Csillagok háborújából a Halálcsillagra. Ez az elnevezés másrészről is találó: a hold geológiailag is halottnak tűnik. A Mimas felszíne kráterekkel borított, ellentétben a Szaturnusz többi jeges holdjával, amelyek felszínét az alatta megbúvó óceánok jelenlétére utaló repedések és hasadékok tarkítják.

Valery Lainey (Párizsi Obszervatórium) és munkatársai február 8-án a Nature című folyóiratban közzétett cikkükben arról számoltak be, hogy bizonyítékot találtak a Mimas felszín alatti óceánjának létezésére. A kutatók szerint az óceán nagyon fiatal: kora mindössze 2 és 25 millió év között lehet, így még nem volt ideje hatni a felszínre.

A mérések eredményével nem minden kutató ért egyet. „Bár a szerzők érdekes bizonyítékot mutatnak be az óceánhipotézis igazolására, szerintem nem egyértelmű a helyzet.” – mondja Luke Dones (Southwest Research Institute).

A Szaturnusz rendszeréről készült felvételen látszik a Mimas, de az apró Janus is (a gyűrűk felett), valamint a Thetys (a gyűrűk alatt). Maguk a gyűrűk vízszintesen szelik át a képet, jobbra fent pedig az árnyékuk látható. (NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

A felszín alatti óceánra utaló jelet a NASA Cassini-űrszondája szolgáltatta, amely 13 évig keringett a Szaturnusz körül, majd 2017-ben megsemmisült a bolygó légkörében. Az űrszonda nemcsak a gyűrűs bolygóról, de annak holdjairól is készített felvételeket, nyomon követve azok helyzetét, és adatokat szolgáltatva belső összetételükről.

Ahogy a holdak keringenek a Szaturnusz körül, gravitációjuk hatással van a bolygóra és annak gáznemű légkörére. Ez a deformációs hatás idővel változik. A Mimas például 22 óra alatt kerüli meg a Szaturnuszt, míg maga a bolygó 10,7 óra alatt tesz meg egy fordulatot, így annak gázai folyamatosan áramlanak, áthelyeződnek, és a forgás során a bolygó folyton átalakul. Ez visszahat a holdakra, változtatva azok helyzetén és pályáján.

A Szaturnusz belső holdjainak többségéhez hasonlóan a Mimas is mindig ugyanazzal az oldalával fordul a bolygó felé. Az árapály-erők azonban arra késztetik a holdat, hogy keringés közben a Szaturnusz felé néző oldala enyhén ide-oda forduljon, ezt a hatást nevezik librációnak. (A Hold is ilyen módon „himbálózik”: a Földről a librációnak köszönhetően megpillanthatjuk a Hold túlsó oldalának egy kis részét is.)

2014-ben ugyanez a kutatócsoport a Mimas forgása alapján kiszámította az égitest librációját. Az ingaszerű mozgás a vártnál nagyobb mértékű volt, ami két lehetséges belső összetételre utalt, és mindkettő váratlan volt. Kiderült, hogy vagy hosszúkás magja van a holdnak, amely egy szilikátos, ovális palacsintára hasonlít, vagy – ami még meglepőbb – a jeges kéreg és egy gömbölyű mag között felszín alatti óceán rejtőzik.

Lainey és munkatársai most egy másik, az árapály-erők által irányított forgatókönyvet is megvizsgáltak: a Mimas pályájának precesszióját, amelynek során a hold ellipszis alakú pályája a Szaturnusz körüli keringés során idővel kör alakúvá válik.

„Nagyon gondos megfigyelés alá vettük a Mimas pályájának orientációját az idő múlásával.” – magyarázza Layney. „Az eltolódást legfeljebb néhány kilométeres pontossággal kellett meghatározni, hogy elképzelésünk legyen a Mimas belsejéről.”

A kutatók elemezték a Cassini-űrszonda méréseit, és arra az eredményre jutottak, hogy a Mimas Szaturnusztól legtávolabbi pozíciója 0,7 kilométerrel változott évente. A kutatók szerint ezt a hosszúkás mag nem magyarázhatja, a felszín alatti óceán azonban igen. (Ugyanakkor Dones megjegyzi, hogy az elmozdulás apró, ezért a méréseket bizonyos feltételezésekkel kellett kiegészíteniük.)

A Mimas pályájának precessziója és a libráció alapján a kutatók kiszámították, hogy a hold feltételezett óceánjának kora 2 millió és 25 millió év közötti lehet, és 20–30 kilométerrel a tömör jég alatt rejtőzhet.

(Frédéric Durillon, Animea Studio | Observatoire de Paris – PSL, IMCCE)

Egy geológiailag halott holdon vajon mitől alakulhatott ki hirtelen, néhány millió évvel ezelőtt egy felszín alatti óceán? Egy olyan esemény idézhette elő, amely egy időre elnyújtott, excentrikus pályára állította az égitestet. Ahogy a hold haladt a pályáján, a Szaturnusz változó gravitációs ereje feszültségeket keltett benne, ettől felmelegedett a belseje, megolvadt, és létrejött az óceán.

Érdekes, de ha a Mimason valóban rejtőzik egy felszín alatti óceán, akkor az abban működő árapály-erőknek idővel kör alakúvá kellett volna formálniuk az égitest pályáját. A Mimas azonban excentrikus pályát ír le a Szaturnusz körül. A kutatók számításai szerint a pályája kétszer olyan elnyújtott lehetett a múltban, mint most. Valamilyen közelmúltbeli esemény megzavarta a Szaturnusz-rendszer rendjét.

Ez azt is jelenti, hogy a felszín alatti óceán nem tart már ki soká. „A Mimas pályájának jelenlegi excentricitása nagyjából 2%.” – mondja Lainey. „Közel vagyunk ahhoz a fázishoz, amikor a Mimas jeges kérge ismét vastagabbá válik.” Ahogy a jeges kéreg megvastagszik, a felszín alatti óceán újra megfagy.

„A Mimas nem rendelkezik korábbi belső felhevülésekre utaló jelekkel, és ez arra utal, hogy sokkal fiatalabb lehet, mint a Naprendszer.” – teszi hozzá.

Amit Laney egy közelmúltbeli esemény bizonyítékának lát, az Dones-t óvatossá teszi. Szerinte érdekes véletlen, hogy az óceán épp a közelmúltban alakult ki, épp olyan időtávban, hogy a nyomai még nem látszanak a felszínen. „Az időzítés szinte túl szép, hogy igaz legyen.”

Ha azonban a Mimas felszín alatti óceánjának létezése beigazolódik, az nemcsak a Szaturnusz-rendszerre, de a Naprendszer összes jeges holdjára nézve is messzemenő következményekkel jár.

„Ha a Mimast hozzáadjuk az óceánnal rendelkező világok listájához, az megváltoztatja az általános képet arról, hogy ezek a holdak milyenek lehetnek.” – írja Matija Ćuk (SETI Institute) és Alyssa Rose Rhoden (Southwest Research Institute). Például az Uránusz jeges holdjai is rejtegethetnek óceánokat – ezek pedig csábító célpontok a NASA Uranus Orbiter and Probe küldetése számára, amely a tervek szerint 2031-ben indul útnak.

Forrás: Sky & Telescope