Супутник Сатурна Енцелад, за новітніми даними американського космічного апарату "Кассіні", має незвичний шлейф, склад якого зараз вивчають фахівці-планетологи. Напівпрозора "серпанок" цього шлейфу утворена загадковими струменями, извергающимися з самої поверхні супутника. А їх склад виявився багатокомпонентним і досить незвичайним.

До початку космічних місій про Енцеладі було дуже мало відомостей. В основному про цьому небесному тілі вченим розповів зонд "Кассіні", хоча виявили його досить давно. Відкриття Енцелада належить Вільяму Гершелю, виявив супутник в 1789 році. Пізніше стало відомо, що Енцелад здійснює орбітальне рух в середовищі досить щільного кільця Е Сатурна, і мабуть може обмінюватися з ним речовиною.

Сам Енцелад невеликий, діаметр його близько 500 км, а крижана поверхня супутника добре відбиває сонячне світло. Вперше два міжпланетних зонда, "Вояджер" і"Вояджер-2" пройшли повз Енцелада на початку 1980-х років, і з тих пір це небессное тіло викликає величезний інтерес дослідників. Фотографії з "Вояджера" виявили деталі рельєфу Енцелада - виявляється, там є кратери і рівнини.

З 2005 року космічна місія "Кассіні" приступила до набагато більш детального дослідження незвичайного супутника. На фотознімках були виявлені гігантські струменя вивержень з південного полюса Енцелада - цілий шлейф води, исторгающийся в результаті якихось динамічних процесів з-під крижаної кори Енцелада. Вважається, що причини появи цієї мантії - не тільки тектонічні, коли відбуваються розломи та зрушення кори супутника, але і внутрішній розігрів, який створює процеси типу вулканічних, а також приливні хвилі.

При цьому вчені вважають, що цілком можливо поповнення сатурніанського кільця Е водяними масами, викинутими в вивержень з поверхні Енцелада. Більш того, досліджуваний склад шлейфу виявився настільки неоднорідним, що його поділяють його на якісно різнорідні плазмово-пилові утворення. Вони породжуються "плазмової лабораторією" неспокійного супутника, що посилає гейзери струменів на сотні кілометрів геть від крижаної поверхні, під якою, як виявилося вирує океан. І проявляє себе лише за допомогою цих водяних вивержень.

Вчені вважають, що в струменях на фото "Кассіні видно шлейфи з "пиловий плазмою" - станом, теоретично можливим, але раніше не описаних в спостереженнях за Энцеладом. Отримані результати обговорюються в двох статтях, що вийшли в Journal of Geophysical Research Space Physics.

У Всесвіті, як вважають, 99 відсотків матерії знаходиться у вигляді плазми. Місія "Кассіні" використовується для безпосереднього спостереження за поведінкою хмар іонів і електронів в околицях Енцелада, в його "вуалі". Вченим хочеться зрозуміти, яким чином Сонце дає енергію плазмової середовищі Сатурна і як утримується плазма в магнітному полі газового гіганта (адже це визначає "погоду" в його потужною атмосфері).

Льодисті і неспокійний Енцелад є основним джерелом іонізованого матеріалу, що поповнює велику (в порівнянні із земною!) магнітосферу навколо Сатурна. Центнер парів води в секунду (що становить масу однієї невеликої комети) виходить з довгих тріщин так званих тигрових смуг в південній полярній області. Викид перетворюється в шлейф з крижаних частинок і нейтрального газу - в основному це водяний пар. А набуває заряджені частинки ця "вуаль" при взаємодії з плазмою, утримуваної магнітосферою Сатурна.

Склад цієї унікальної газо-пило-плазмової суміші був досліджений в місії "Кассіні" за допомогою кількох інструментів, у тому числі спектрометра, магнітометра - інструментів для візуалізації магнітосфери, а також приладів для реєстрації електромагнітних і плазмових хвиль. Найцікавішим виявилося те, що розміри частинок варіюються від невеликих скупчень води (~ декількох молекул) до 100 мкм. Вони вловлюють електрони, купуючи їх заряд. До 90 відсотків електронів шлейфу захоплюються великими важкими частинками.

"Кассіні" спостерігав, як в цих умовах позитивно заряджені іони можуть бути маленькими, "легкими" різновидами плазми, а негативно заряджені частинки перетворюються в "важкі" компоненти плазми. Цей процес породження "аномальної" плазми радикально відрізняється від таких, що формують "нормальну" плазму, у якій вільні електрони в тисячі разів легше, ніж масивні позитивні іони.

У статті "Пилова плазма в околиці Енцелада" група шведських і американських вчених аналізує спостереження радіо - і плазмових хвиль, отримані в 2008 році в чотирьох облетах супутника. Зондом виявлена висока щільність плазми (як іонів, так і електронів) в межах шлейфу Енцелада, що трохи дивно - щільність електронів, як правило, буває нижчим, ніж така іонів. Дослідники припускають, що частинки пилу розміром від 1 нм до 1 мкм "вимітають" негативно заряджені електрони.

Маса цих нанорозмірних частинок коливається від кількох сотень до кількох десятків тисяч атомних одиниць маси (протонів), тобто вони містять десятки тисяч взаємопов'язаних молекул води. Приблизно половина негативно заряджених електронів кріпиться до цих часток, а їх взаємодія з позитивно зарядженими компонентами приводить до гальмування останніх. Оскільки пил заряджена і веде себе як частину плазмового хмари, автори вважають це стан речовини відмінним від пилу, яка просто потрапляє в плазму.

"Настільки сильна зв'язок вказує на можливе стан так званої запорошеної плазми, а не пилу в плазмі, яке широко зустрічається в міжпланетному просторі, - говорить провідний автор дослідження Мітіко Мороока з шведського Інституту космічної фізики. - Пилова плазма досі спостерігалася безпосередньо тільки у верхніх шарах атмосфери Землі".

Цікаво, що поведінка пилу підпорядковується загальним поведінки плазми. Це збільшує складність системи, змінює її властивості і може призводити до абсолютно нових взаємодій. Відомо, що пилова плазма існує в хвостах комет і пилових кільця навколо Сонця, але вченим нечасто випадає можливість аналізувати її в безпосередніх прольотах таких утворень, щоб безпосередньо виміряти їх характеристики.

Інший аналіз, заснований на даних плазмового спектрометра "Кассіні", показав наявність наночастинок з електричним зарядом, рівним заряду одного надлишкового електрона. "Плазмовий спектрометр корабля дозволив нам виявити і проаналізувати нові класи заряджених частинок, про існування яких ніхто не підозрював у ті роки, коли розроблявся цей інструмент", - відзначає провідний автор дослідження Тому Хілл з Університету Райса (США).

Слід зауважити, що характеристики шлейфу Енцелада вдалося виявити завдяки об'єднанню всіх результатів інструментів місії "Кассіні", робота якої на орбіті Сатурна почалася з 2004 року. Після початкового виявлення шлейфу шляхом магнитометрических вимірювань Свена Симона з Кельнського університету і Хендріка Крігеля з Брауншвейгського університету (це университы у ФРН) показали, що спостережувані обурення магнітного поля Сатурна обумовлені негативно зарядженими пиловими частками в шлейфі.

Ці результати опубліковані в 2011 році в Journal of Geophysical Research, Space Physics. Попередні дані, отримані іонним і нейтральним мас-спектрометром, показали складний склад газу в шлейфі, а аналізатором космічного пилу були знайдені солі натрію в частинках шлейфу Енцелада. Подібна ситуація може виникнути тільки в тому випадку, якщо шлейф виникає з рідкої солоної води.

Отже, на Енцеладі існує океан - солоний, як і океан Землі, але покритий крижаним панциром. Розриви крижаної кори фонтанують гейзерами, утворюють шлейфи супутника і створюють взаємодія супутника з кільцем Е, в середовищі якого він перебуває. Вивчення плазмової середовища в оточенні Енцелада дозволяє говорити про її унікальні особливості, що раніше не зустрічалися дослідникам.