Περισσότερο από τρεις αιώνες μετά τις πρώτες παρατηρήσεις των Christiaan Huygens και Giovanni Cassini, που αποκάλυψαν ότι οι λαμπερές ζώνες του Κρόνου ήταν στην πραγματικότητα δακτύλιοι φτιαγμένοι από αναρίθμητα σωματίδια πάγου, το ενδιαφέρον των επιστημόνων στρέφεται ξανά σε ένα από τα πιο μυστηριώδη σώματα του πλανητικού του συστήματος: τον Εγκέλαδο. Αυτή η μικροσκοπική, παγωμένη σελήνη δεν σταματά να εκπλήσσει, κι ένα νέο κύμα υπολογιστικών προσομοιώσεων υπόσχεται να αποκαλύψει ακόμα περισσότερα για τον κρυφό, υπόγειο ωκεανό της και, ενδεχομένως, για το αν κρύβει ζωή κάτω από τα στρώματα πάγου.
Η ιστορία ξεκίνησε με το σκάφος Cassini της NASA, που το 2005 πέταξε κοντά στον Εγκέλαδο και κατέγραψε εντυπωσιακές εικόνες από γιγάντιους πίδακες νερού και πάγου να ξεπηδούν από ρωγμές κοντά στον νότιο πόλο του. Οι λεγόμενοι «κρυοηφαιστειακοί πίδακες» εκτοξεύουν υλικό στο Διάστημα, τροφοδοτώντας ένα λεπτό δαχτυλίδι γύρω από τον Κρόνο και προσφέροντας αδιάψευστα στοιχεία ότι κάτω από το παγωμένο κέλυφος του δορυφόρου υπάρχει ένας ενεργός, υδάτινος κόσμος.
Τώρα, σχεδόν είκοσι χρόνια μετά, μια ομάδα ερευνητών από το University of Texas at Austin χρησιμοποίησε τους υπερυπολογιστές του Texas Advanced Computing Center (TACC) για να επαναξιολογήσει τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε αυτούς τους πίδακες. Τα αποτελέσματα φέρνουν μια έκπληξη: ο Εγκέλαδος φαίνεται να χάνει 20 έως 40% λιγότερη μάζα πάγου από ό,τι υπολόγιζαν οι προηγούμενες εκτιμήσεις. Αυτή η αναθεώρηση αλλάζει την εικόνα που έχουμε για την εσωτερική του δυναμική και θα μπορούσε να επηρεάσει τον σχεδιασμό των μελλοντικών αποστολών που θα τον εξερευνήσουν.
«Οι ρυθμοί εκτόξευσης μάζας είναι αισθητά χαμηλότεροι από ό,τι αναφερόταν μέχρι σήμερα στη βιβλιογραφία», εξηγεί ο Arnaud Mahieux, κύριος ερευνητής στο Royal Belgian Institute for Space Aeronomy και συνεργάτης του UT Austin. Η μελέτη του, που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research: Planets, χρησιμοποίησε μια προχωρημένη μεθοδολογία γνωστή ως Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) για να αναπαραστήσει με εξαιρετική λεπτομέρεια τον τρόπο που το νερό και οι πάγοι εκτοξεύονται από τις επιφάνειες του Εγκέλαδου στο Διάστημα.
Το DSMC είναι μια ιδιαίτερα απαιτητική τεχνική προσομοίωσης, που εξετάζει τη συμπεριφορά εκατομμυρίων σωματιδίων αερίου σε μικροδευτερόλεπτα. Κάθε μόριο παρακολουθείται καθώς συγκρούεται και ανταλλάσσει ενέργεια με τα γύρω του, μια μαθηματική αναπαράσταση της φυσικής των πίδακων σε μικροσκοπική κλίμακα. Αυτή η προσέγγιση είναι πολύ πιο ακριβής από τις παλαιότερες, που βασίζονταν σε απλοποιημένα μοντέλα της ροής του αερίου.
Το έργο του Mahieux ξεκίνησε το 2019, όταν εφάρμοσε για πρώτη φορά τη μέθοδο DSMC για να προσδιορίσει τις αρχικές συνθήκες των πίδακων: το μέγεθος των ανοιγμάτων, τη θερμοκρασία, τη σύνθεση μεταξύ ατμού και παγοκρυστάλλων και την ταχύτητα εξόδου. Χάρη στις εξελίξεις στην υπολογιστική ισχύ, οι προσομοιώσεις που κάποτε χρειάζονταν δύο ολόκληρες ημέρες για να ολοκληρωθούν, τώρα εκτελούνται σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Η νέα μας ανάλυση μάς επιτρέπει να υπολογίσουμε όχι μόνο τη ροή μάζας από εκατό διαφορετικές πηγές, αλλά και παραμέτρους που ποτέ πριν δεν μπορούσαμε να εκτιμήσουμε, όπως τη θερμοκρασία του υλικού που εξέρχεται. Αυτό είναι ένα τεράστιο βήμα προς την κατανόηση του τι πραγματικά συμβαίνει στον Εγκέλαδο.
Παρά το μικρό του μέγεθος – έχει διάμετρο μόλις 504 χιλιομέτρων – ο Εγκέλαδος έχει εξαιρετικά δραστήρια γεωλογία. Η ασθενής βαρύτητά του δεν μπορεί να συγκρατήσει όλη την ύλη που εκτοξεύεται, με αποτέλεσμα ένα μέρος της να χάνεται στο Διάστημα. Οι υπερυπολογιστικές προσομοιώσεις του TACC, που εκτείνονται από την επιφάνεια μέχρι 10 χιλιόμετρα ύψος, καταγράφουν αυτή την πορεία με πρωτοφανή ακρίβεια. Ο καθηγητής David Goldstein από το UT Austin, συν-συγγραφέας της μελέτης και δημιουργός του λογισμικού Planet για DSMC προσομοιώσεις, επισημαίνει ότι οι νέες υποδομές των συστημάτων Lonestar6 και Stampede3 επέτρεψαν μοντέλα σε κλίμακες που μέχρι πρόσφατα ήταν αδύνατες.
Πέρα από το τεχνικό επίτευγμα, τα ευρήματα φωτίζουν ένα ευρύτερο κοσμικό φαινόμενο. Ο Εγκέλαδος βρίσκεται πέρα από τη λεγόμενη «γραμμή του χιονιού» του Ηλιακού Συστήματος, την περιοχή όπου οι θερμοκρασίες είναι τόσο χαμηλές που το νερό παγώνει μόνιμα. Ωστόσο, κάτω από το παγωμένο του κέλυφος κρύβεται ένας υγρός ωκεανός, θερμαινόμενος πιθανώς από παλιρροϊκές δυνάμεις που προκαλεί ο Κρόνος.
Υπάρχουν πολλοί τέτοιοι κόσμοι πέρα από τη Γη που διαθέτουν υγρούς ωκεανούς. Οι πίδακες του Εγκέλαδου είναι ένα παράθυρο που μας επιτρέπει να ρίξουμε ματιά σε αυτόν τον υπόγειο κόσμο.
Το ενδιαφέρον τώρα μετατοπίζεται στο μέλλον. Η NASA και ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) σχεδιάζουν αποστολές που δεν θα περιοριστούν σε σύντομα περάσματα, αλλά θα επιχειρήσουν προσγειώσεις και, ίσως, διάνοιξη του πάγου για να φτάσουν ως τον ωκεανό. Ωστόσο, ακόμα και χωρίς γεώτρηση, η ανάλυση των υλικών που εκτοξεύονται από τους πίδακες θα μπορούσε να αποκαλύψει τα χημικά ίχνη πιθανής ζωής κάτω από την επιφάνεια.
[source]
