Mind a Jupiter Europa, mind a Szaturnusz Enceladus nevű holdja önmagához képest hatalmas óceánokat (csillagászati kontextusban nagy mennyiségű folyékony vizet) rejt fagyos kérge alatt. A Jupiter Ganymedes és a Szaturnusz Titan nevű holdján szintén felszín alatti óceánok rejtőznek, nemrég pedig a Szaturnusz aprócska Mimas holdjának felszíne alatt is óceánra utaló jeleket találtak. Az Earth and Planetary Science Letters című lapban egy kutatócsoport most arról ír, hogy miként kerülhet a Mimasra óceán, ráadásul a kutatók szerint a hold sokkal fiatalabb is, mint amilyennek látszik.

A Cassini-űrszonda felvétele a Szaturnusz legbelső holdjáról, a Mimasról. A képen jól látható a hatalmas Herschel-kráter. (NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

„Az óceánokhoz általában nagyon aktív felszínek kapcsolódnak.” – mondja Geoff Collins (Wheaton College), aki nem vett részt a kutatásban. „Éppen ezért kételkednek az emberek (köztük én is) ebben a felfedezésben.”

Az Europa, az Enceladus, a Ganymedes és a Titan egészen más, mint a Mimas. Előbbiek felszínét a kéreg alatti hő kivasalta: a krátereik szépen lassan elsimultak. Felszínüket barázdák tarkítják, amelyek szétroncsolták vagy akár el is tüntették a korábbi becsapódási krátereket. Logikus, hogy ilyenkor eszünkbe jutnak az óceánok: ha egy hold elég meleg ahhoz, hogy részben megolvadjon, akkor ugyanez a hő geológiai változásokat is előidézhet. Ezért olyan nehéz hinni a Mimas belső óceánjában. A Mimas felszínét mindenhol becsapódási kráterek borítják, például a hatalmas Herschel-kráter, amelynek éles, meredek pereme arra utal, hogy a létrejötte óta egyszer sem olvadt meg.

A Mimas óceánjának létezésére két jel is utal. A hold forgása és keringése más, mint amit elvárhatnánk, ha egy egyenletes sűrűségű, szilárd testről lenne szó. Csak akkor juthatnánk a megfigyelt eredményekhez, ha a magja sűrűbb lenne, mint a kérge. Két kutatócsoport egymástól függetlenül arra az eredményre jutott, hogy a Mimas belsejében, körülbelül 30 kilométer mélyen a szilárd kéreg alatt egy óceán rejtőzhet.

A Mimas felszíne mégis nagyon idősnek tűnik. Hogyan egyeztethető össze az öreg felszín egy belső óceán fiatalos aktivitásával?

Az új tanulmányban Alyssa Rhoden (Southwest Research Institute) és munkatársai azt állítják, hogy a Mimas idős lehet ugyan, de az óceánja fiatal. A Herschel-kráter formája arra utal, hogy kialakulásakor a kérget legalább 55 kilométer vastag, szilárd jég alkotta, másképp a becsapódáskor beszakadt volna, ahogy az az Europa hold Tyre-kráterénél történt.

A Mimas kérge tehát több mint 55 kilométer vastag volt, most pedig csak 30 kilométer vastag, azaz ahogy telik az idő, vékonyodik. Vajon miért?

Érdekes módon azok a szimulációk, amelyekkel a kutatók bemutatták, hogyan olvadhatott meg a hold belseje, arra is utalnak, hogy ez a folyamat már leállt. A hold excentrikus, ovális formájú jelenlegi pályája meglepte a kutatókat: nagy erő dolgozik azon, hogy a Mimas pályája a körhöz hasonló legyen. A pálya alakja és a felszín alatti óceán is arra utal, hogy nem túl régen történhetett valami, ami elnyújtotta a hold pályáját, és árapály-fűtést indított be, ami olvadást okozott.

Az árapály nem csak ad, de el is vesz. Az árapály-erők okozta súrlódás csökkenti a Mimas pályájának túlzott excentricitását. Ahogy a pálya körkörösebbé válik, úgy csökken az árapály-súrlódás, és jut kevesebb hő a Mimas belsejébe. A szimulációk szerint a Mimas nemrég érhetett el egy fordulópontot, és most úton van afelé, hogy teljesen megfagyjon.

A Mimas jeges kérgének fejlődése. A kéreg vastagságának változását az y tengely, míg az excentricitás csökkenését a fordított x tengely mutatja. Látható, hogy a kéreg az excentricitás csökkenésével vékonyodik. Az idő az ábra jobb oldala felé növekszik, miközben az excentricitás csökken. Az A, B és C pontokhoz belső szerkezeti ábrák kapcsolódnak, ahol látjuk, hogy az egyensúlyi jégkéreg-vastagság (világoskék szaggatott vonal „EQ thickness” felirattal) az excentricitás csökkenésével egyre nagyobb értékre változik. A jeges kéreg először elvékonyodik, majd elér egy átmeneti hőmérsékleti egyensúlyt, és lassan megvastagodik. (Rhoden et al., 2024)

Van még egy bizonyíték arra, hogy valami történt a Szaturnusz-rendszerben nemrég. A Cassini-űrszonda adatait vizsgáló kutatók megállapították, hogy a gyűrűrendszer fiatal, talán csak 100 millió éves. A gyűrűkben lévő Cassini-rés még fiatalabb, sőt, már a létezése is arra utal, hogy a Mimas pályája eltolódik, mert a hold gravitációs vonzása az, ami ezt a rést kialakította a gyűrűrendszerben.

Az is lehet, hogy a Mimas épp olyan fiatal, vagy még fiatalabb is, mint a gyűrűk. Egy kis hold, ami ilyen közel kering a Szaturnuszhoz, nem létezhetne a Naprendszer létrejötte óta. Egy nagy sebességű ütközés biztosan elpusztította volna. A Szaturnusz egy másik holdja talán nemrég szétesett, és az alakította ki a ma ismert gyűrűrendszert. Elképzelhető, hogy a Mimas ennek a másik holdnak a maradványaiból született: talán a törmelék legkülső darabjaiból állt össze, és ezután emelkedett ki a fiatal gyűrűrendszerből. Ebben az esetben a Mimas kráterekkel borított felszíne a gyűrűrendszer kialakulásának erőszakos körülményeiről árulkodik, nem pedig a Naprendszer kialakulásának kezdetén történt becsapódásokról.

„Ehhez léteznie kell egy égitestnek, ami hosszú-hosszú ideig szunnyadt, majd elkapnunk azt a pillanatot, amikor épp kezd felébredni.” – mondja Collins. Nem valószínű, hogy olyan szerencsések legyünk, hogy éppen abban a párszor tízmillió évben végezzünk megfigyelést, amikor egy hold felébred. Ha azonban elég holdat figyelünk meg, előbb-utóbb elkapunk egy ilyen pillanatot – és talán ez történik a Mimas esetében is.

Forrás: Sky & Telescope