Vệ tinh băng giá Enceladus của Sao Thổ từ lâu đã được coi là nơi có khả năng có sự sống trong hệ mặt trời của chúng ta. Ví dụ, vào năm 2005, tàu vũ trụ Cassini của NASA lần đầu tiên phát hiện ra những cột hơi nước cao ngất phun trào từ bề mặt đóng băng của vệ tinh này, và sau đó người ta đưa ra giả thuyết rằng những mạch nước phun này đến từ một đại dương ngầm rộng lớn — có khả năng sinh sống được —. Các nhà khoa học tin rằng chất lỏng từ đại dương có thể thoát ra qua các vết nứt trên lớp vỏ băng của vệ tinh này.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Dartmouth đã bắt đầu tìm hiểu chính xác cách các mạch nước phun này hình thành và cuối cùng họ đưa ra giả thuyết rằng những cột nước phun quan sát được có thể không đến từ một đại dương ẩn dưới bề mặt vệ tinh này. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu cho rằng nước trong các mạch nước phun có thể bắt nguồn từ băng bề mặt tan chảy trên vệ tinh Sao Thổ, thách thức ý tưởng rằng các vụ phun trào có liên quan trực tiếp đến đại dương sâu bên dưới bề mặt — và cuối cùng, Enceladus có thể hỗ trợ sự sống (ít nhất là theo như chúng ta biết).
Nhóm nghiên cứu tin rằng có hai vấn đề chính với ý tưởng cho rằng các luồng khí này đến từ đại dương ngầm. Đầu tiên, sẽ rất khó để một vết nứt cắt xuyên qua lớp vỏ băng dày của mặt trăng và thứ hai, ngay cả khi vết nứt đó chạm tới đại dương, thì vẫn chưa rõ nước từ sâu bên dưới sẽ di chuyển lên qua nó như thế nào.
Một khả năng khác mà các nhà nghiên cứu mô tả trong bài báo của họ là nhiệt cắt — nhiệt sinh ra do ma sát từ băng cọ xát vào chính nó — xảy ra dọc theo "vết nứt hổ" trong lớp vỏ băng mặn của Enceladus.
"Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng hồ chứa không nhất thiết phải là một đại dương ngầm, mà thay vào đó có thể là một vùng nhão trong lớp vỏ băng", họ viết trong bài báo của mình. "Vẫn cần có kết nối từ bề mặt đến hồ chứa, nhưng vết nứt không nhất thiết phải kéo dài xuyên qua lớp vỏ băng".
Muối trong lớp vỏ băng của mặt trăng làm giảm điểm nóng chảy của băng — giống như cách muối được sử dụng trên đường vào mùa đông để ngăn chúng đóng băng. Hiệu ứng này, kết hợp với nhiệt từ ma sát dọc theo các vết nứt, tạo ra hỗn hợp nhão của băng tan một phần và nước mặn. Theo các nhà nghiên cứu, điều này có thể cung cấp nguồn gần như lỏng cho các luồng phun trào được nhìn thấy từ cực nam của Enceladus.
Các gờ đôi được quan sát thấy xung quanh sọc hổ cũng có thể cung cấp thêm một bằng chứng về sự gia nhiệt cắt. "[Các nghiên cứu trước đây] mô tả sự hình thành gờ đôi trên các vệ tinh băng đang hình thành về bằng chứng từ quá trình đóng băng lại trong lớp tuyết bề mặt của Dải băng Greenland", các tác giả nghiên cứu đã viết. "Khi nước lỏng đóng băng trong một hồ chứa gần bề mặt, nó sẽ nở ra và đẩy các cạnh của vết nứt theo chiều thẳng đứng. Vùng nhão mà chúng tôi đề xuất có thể là nguồn nước gần bề mặt và các gờ đôi có thể là bằng chứng cho sự xuất hiện của mạch nước phun theo từng đợt tiếp theo là các giai đoạn đóng băng lại."
Nhóm nghiên cứu cũng lập luận rằng tỷ lệ khí được Cassini xác định trong các luồng khí, đặc biệt là hydro, có thể được giải thích đầy đủ bằng sự tan chảy một phần của clathrat — cấu trúc tinh thể hình thành bên trong băng và đá có thể bẫy khí. "Hydro phân tử có thể bị bẫy trong clathrat với sự ổn định từ [mêtan] và [cacbon dioxit] hoặc tồn tại dưới dạng bong bóng khí bị cuốn theo bên trong lớp vỏ băng, như được tìm thấy trong các tảng băng trên Trái Đất", các tác giả tuyên bố.
Câu chuyện liên quan:
— Có một đốm đen kỳ lạ đang biến mất trên mặt trăng Enceladus của Sao Thổ
— Dấu hiệu của sự sống có thể tồn tại trên các mặt trăng Enceladus và Europa của hệ mặt trời
— Nếu sự sống ngoài hành tinh tồn tại trên Europa, chúng ta có thể tìm thấy chúng trong các lỗ thông thủy nhiệt
Do tính dễ bay hơi của hydro, sự tan chảy một phần có thể khiến một phần hydro thoát ra ngoài trong khi giữ lại carbon dioxide và methane, dẫn đến tỷ lệ hydro cao hơn được quan sát thấy trong các luồng khí. Khi băng chảy, đóng băng lại và trải qua các thay đổi kiến tạo, băng mặn và clathrat được cung cấp lại cho "vùng nhão", duy trì thành phần của luồng khí.
"Với một vùng nhão cung cấp vật liệu cho luồng khí, muối, các hạt nano và clathrat khí sẽ cần được bổ sung theo thời gian để duy trì mức độ mà Cassini quan sát được. Mặc dù chúng tôi không mô hình hóa các quá trình bổ sung ở đây, nhưng đây là một lĩnh vực nghiên cứu trong tương lai", các nhà khoa học kết luận.
Nghiên cứu này là được công bố vào ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Geophysical Research Letters.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Dartmouth đã bắt đầu tìm hiểu chính xác cách các mạch nước phun này hình thành và cuối cùng họ đưa ra giả thuyết rằng những cột nước phun quan sát được có thể không đến từ một đại dương ẩn dưới bề mặt vệ tinh này. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu cho rằng nước trong các mạch nước phun có thể bắt nguồn từ băng bề mặt tan chảy trên vệ tinh Sao Thổ, thách thức ý tưởng rằng các vụ phun trào có liên quan trực tiếp đến đại dương sâu bên dưới bề mặt — và cuối cùng, Enceladus có thể hỗ trợ sự sống (ít nhất là theo như chúng ta biết).
Nhóm nghiên cứu tin rằng có hai vấn đề chính với ý tưởng cho rằng các luồng khí này đến từ đại dương ngầm. Đầu tiên, sẽ rất khó để một vết nứt cắt xuyên qua lớp vỏ băng dày của mặt trăng và thứ hai, ngay cả khi vết nứt đó chạm tới đại dương, thì vẫn chưa rõ nước từ sâu bên dưới sẽ di chuyển lên qua nó như thế nào.
Một khả năng khác mà các nhà nghiên cứu mô tả trong bài báo của họ là nhiệt cắt — nhiệt sinh ra do ma sát từ băng cọ xát vào chính nó — xảy ra dọc theo "vết nứt hổ" trong lớp vỏ băng mặn của Enceladus.
"Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng hồ chứa không nhất thiết phải là một đại dương ngầm, mà thay vào đó có thể là một vùng nhão trong lớp vỏ băng", họ viết trong bài báo của mình. "Vẫn cần có kết nối từ bề mặt đến hồ chứa, nhưng vết nứt không nhất thiết phải kéo dài xuyên qua lớp vỏ băng".
Muối trong lớp vỏ băng của mặt trăng làm giảm điểm nóng chảy của băng — giống như cách muối được sử dụng trên đường vào mùa đông để ngăn chúng đóng băng. Hiệu ứng này, kết hợp với nhiệt từ ma sát dọc theo các vết nứt, tạo ra hỗn hợp nhão của băng tan một phần và nước mặn. Theo các nhà nghiên cứu, điều này có thể cung cấp nguồn gần như lỏng cho các luồng phun trào được nhìn thấy từ cực nam của Enceladus.
Các gờ đôi được quan sát thấy xung quanh sọc hổ cũng có thể cung cấp thêm một bằng chứng về sự gia nhiệt cắt. "[Các nghiên cứu trước đây] mô tả sự hình thành gờ đôi trên các vệ tinh băng đang hình thành về bằng chứng từ quá trình đóng băng lại trong lớp tuyết bề mặt của Dải băng Greenland", các tác giả nghiên cứu đã viết. "Khi nước lỏng đóng băng trong một hồ chứa gần bề mặt, nó sẽ nở ra và đẩy các cạnh của vết nứt theo chiều thẳng đứng. Vùng nhão mà chúng tôi đề xuất có thể là nguồn nước gần bề mặt và các gờ đôi có thể là bằng chứng cho sự xuất hiện của mạch nước phun theo từng đợt tiếp theo là các giai đoạn đóng băng lại."
Nhóm nghiên cứu cũng lập luận rằng tỷ lệ khí được Cassini xác định trong các luồng khí, đặc biệt là hydro, có thể được giải thích đầy đủ bằng sự tan chảy một phần của clathrat — cấu trúc tinh thể hình thành bên trong băng và đá có thể bẫy khí. "Hydro phân tử có thể bị bẫy trong clathrat với sự ổn định từ [mêtan] và [cacbon dioxit] hoặc tồn tại dưới dạng bong bóng khí bị cuốn theo bên trong lớp vỏ băng, như được tìm thấy trong các tảng băng trên Trái Đất", các tác giả tuyên bố.
Câu chuyện liên quan:
— Có một đốm đen kỳ lạ đang biến mất trên mặt trăng Enceladus của Sao Thổ
— Dấu hiệu của sự sống có thể tồn tại trên các mặt trăng Enceladus và Europa của hệ mặt trời
— Nếu sự sống ngoài hành tinh tồn tại trên Europa, chúng ta có thể tìm thấy chúng trong các lỗ thông thủy nhiệt
Do tính dễ bay hơi của hydro, sự tan chảy một phần có thể khiến một phần hydro thoát ra ngoài trong khi giữ lại carbon dioxide và methane, dẫn đến tỷ lệ hydro cao hơn được quan sát thấy trong các luồng khí. Khi băng chảy, đóng băng lại và trải qua các thay đổi kiến tạo, băng mặn và clathrat được cung cấp lại cho "vùng nhão", duy trì thành phần của luồng khí.
"Với một vùng nhão cung cấp vật liệu cho luồng khí, muối, các hạt nano và clathrat khí sẽ cần được bổ sung theo thời gian để duy trì mức độ mà Cassini quan sát được. Mặc dù chúng tôi không mô hình hóa các quá trình bổ sung ở đây, nhưng đây là một lĩnh vực nghiên cứu trong tương lai", các nhà khoa học kết luận.
Nghiên cứu này là được công bố vào ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Geophysical Research Letters.
