Un gelido satellite di Saturno, Encelado, è stato oggetto di crescente interesse negli ultimi anni da quando Cassini ha catturato getti d'acqua e altro materiale espulso dal polo sud della luna. Un'ipotesi particolarmente allettante supportata dalla composizione del campione è che potrebbe esserci vita negli oceani sotto i gusci di ghiaccio di Encelado. Per valutare l'abitabilità di Encelado e trovare il modo migliore per sondare questa luna ghiacciata, gli scienziati devono comprendere meglio la composizione chimica e la dinamica dell'oceano di Encelado.

Nello specifico, una salinità adeguata potrebbe essere importante per l'abitabilità. Come il porridge dei tre orsi, il livello di sale dell'acqua deve essere giusto perché la vita prosperi. Una salinità troppo alta potrebbe mettere a rischio la vita, e una salinità troppo bassa può indicare una debole reazione acqua-roccia, limitare la quantità di energia disponibile per la vita. Se la vita esiste, circolazione oceanica, che è anche indirettamente dipendente dalla salinità, determinerà dove il calore, i nutrienti e le potenziali firme biologiche vengono trasportate a, e quindi è la chiave per il rilevamento delle firme biologiche.

Un team di scienziati che lavora con il Dr. Wanying Kang al MIT affronta queste domande simulando numericamente le probabili circolazioni oceaniche per vari possibili livelli di salinità e valutando la probabilità di ogni scenario chiedendosi se è in grado di mantenere la geometria del guscio di ghiaccio osservata che Cassini tracciato sulla luna ghiacciata.

La circolazione oceanica dipende dalle differenze di densità delle sue acque costituenti in diverse parti dell'oceano. L'acqua più densa scorrerà verso l'acqua meno densa per raggiungere un equilibrio. Queste differenze di densità sono esse stesse controllate da due fattori chiave, la posizione della fonte di calore della luna e la salinità dell'oceano, entrambi sono attualmente poco conosciuti.

Ci sono due posti su Encelado per una potenziale fonte di calore:nel nucleo di silicato o nella piattaforma di ghiaccio inferiore dove incontra la parte superiore dell'oceano. Se una quantità significativa di calore viene prodotta nel nucleo di silicato attraverso la flessione delle maree sotto l'oceano, gli scienziati si aspetterebbero di vedere la convezione, proprio come succede quando fai bollire una pentola d'acqua. Allo stesso modo, se il congelamento avviene in cima all'oceano, il sale sarà espulso dal ghiaccio, aumentando la densità dell'acqua locale e innescando la convezione dall'alto.

Anche la salinità gioca un ruolo chiave in quei calcoli di densità. Per livelli di salinità relativamente bassi, l'acqua si contrae al riscaldamento vicino al punto di congelamento, rendendolo più denso. Poiché l'oceano di Encelado è in contatto con un guscio di ghiaccio globale, è vicino al congelamento. Questo è controintuitivo rispetto a come la maggior parte delle persone pensa al riscaldamento, il che generalmente implica che il materiale diventa meno denso con l'aumentare della temperatura. A salinità più elevate, questo diventa vero e l'acqua inizia a comportarsi normalmente, espandendosi con il riscaldamento.

Data l'incertezza sulla salinità dell'oceano di Encelado (tra 4-40 grammi di sale per chilogrammo di acqua) e quale percentuale del riscaldamento del pianeta avviene in una delle due fonti, La dottoressa Kang e i suoi coautori hanno utilizzato il modello oceanico del MIT per simulare la circolazione oceanica in varie combinazioni, assumendo che il guscio di ghiaccio osservato sia mantenuto congelando nelle regioni di ghiaccio spesso e sciogliendosi altrove. Questo vale in gran parte per i mondi ghiacciati, poiché le piattaforme di ghiaccio si appiattirebbero naturalmente nel tempo a causa del flusso di ghiaccio se nessun altro processo mantiene una differenza.

Il team ha diagnosticato il trasporto di calore in vari scenari e ha scoperto che solo alcuni di essi possono mantenere in linea di massima un budget di calore "equilibrato", cioè., come le varie fonti di calore (la quantità di flusso di calore dall'oceano al ghiaccio, più la produzione di calore nel ghiaccio dovuta alla flessione delle maree, più il rilascio di calore latente) può bilanciare esattamente la perdita di calore conduttivo attraverso il guscio di ghiaccio.

Secondo il modello, un tale equilibrio può essere raggiunto ampiamente se la salinità dell'oceano è a un livello intermedio (10 ^-30 g/kg) e se il guscio di ghiaccio è la fonte di calore dominante. Quando queste due condizioni sono soddisfatte, la circolazione oceanica è debole. Di conseguenza, l'acqua calda polare non sarà miscelata verso l'equatore in modo troppo efficiente, quindi lo scioglimento equatoriale non avverrà. Ciò si traduce in una piattaforma di ghiaccio che è più spessa intorno all'equatore della luna, come è stato osservato da Cassini. Implica anche che la pressione all'interfaccia acqua-ghiaccio è inferiore ai poli, il che significa che ha anche un punto di congelamento più alto dell'acqua all'equatore.

Per quegli scenari con un budget termico "sbilanciato", il che significa che parte del calore creato sulla luna non viene portato via, il trasporto di calore verso l'equatore è troppo efficiente e il guscio di ghiaccio equatoriale tenderà a sciogliersi. Nel frattempo, la forza del gradiente di pressione guiderà un flusso di ghiaccio dall'equatore ai poli. Insieme, lo scioglimento e il flusso di ghiaccio ridurranno lo spessore del ghiaccio vicino all'equatore, inevitabilmente. In questo scenario, la geometria del ghiaccio osservata non può essere mantenuta per tutta la vita della luna.