Um satélite gelado de Saturno, Encélado, tem sido um assunto de interesse crescente nos últimos anos, desde que a Cassini capturou jatos de água e outros materiais ejetados do pólo sul da lua. Uma hipótese particularmente tentadora apoiada pela composição da amostra é que pode haver vida nos oceanos sob as cascas de gelo de Enceladus. Para avaliar a habitabilidade de Enceladus e descobrir a melhor maneira de sondar esta lua gelada, os cientistas precisam entender melhor a composição química e a dinâmica do oceano de Enceladus.

Especificamente, uma salinidade apropriada pode ser importante para a habitabilidade. Como o mingau dos Três Ursos, o nível de sal da água deve ser o correto para que a vida prospere. Uma salinidade muito alta pode ser uma ameaça à vida, e uma salinidade muito baixa pode indicar uma reação fraca água-rocha, limitando a quantidade de energia disponível para a vida. Se a vida existe, circulação oceânica, que também é indiretamente dependente da salinidade, irá determinar onde está o calor, nutrientes e bioassinaturas potenciais são transportados para, e, portanto, é a chave para a detecção de bioassinaturas.

Uma equipe de cientistas trabalhando com o Dr. Wanying Kang no MIT aborda essas questões simulando numericamente as prováveis ​​circulações oceânicas para vários níveis possíveis de salinidade e avaliando a probabilidade de cada cenário perguntando se ele é capaz de manter a geometria da camada de gelo observada que a Cassini mapeado na lua gelada.

A circulação oceânica depende das diferenças de densidade de sua água constituinte em diferentes partes do oceano. A água mais densa fluirá em direção à água menos densa para atingir o equilíbrio. Essas diferenças de densidade são controladas por dois fatores principais, a localização da fonte de calor da lua e a salinidade do oceano, ambos são mal compreendidos atualmente.

Existem dois locais em Enceladus para uma fonte potencial de calor:no núcleo de silicato ou na plataforma de gelo inferior onde encontra a parte superior do oceano. Se uma quantidade significativa de calor é produzida no núcleo de silicato através da flexão das marés sob o oceano, cientistas esperariam ver convecção, assim como acontece quando você ferve uma panela de água. De forma similar, se o congelamento acontecer no topo do oceano, o sal será expelido do gelo, aumentando a densidade da água local e desencadeando a convecção do topo.

A salinidade também desempenha um papel fundamental nesses cálculos de densidade. Para níveis de salinidade relativamente baixos, a água se contrai com o aquecimento perto do ponto de congelamento, tornando-o mais denso. Uma vez que o oceano de Enceladus está em contato com uma camada de gelo global, está quase congelando. Isso é contra-intuitivo em relação ao modo como a maioria das pessoas pensa em aquecimento - o que geralmente implica que o material se torna menos denso com o aumento da temperatura. Em salinidades mais altas, isso se torna verdade e a água começa a se comportar normalmente, expandindo com o aquecimento.

Dada a incerteza da salinidade do oceano de Enceladus (entre 4-40 gramas de sal por quilograma de água) e que porcentagem do aquecimento do planeta ocorre em qualquer uma das duas fontes, A Dra. Kang e seus co-autores utilizaram o modelo oceânico do MIT para simular a circulação oceânica sob várias combinações, assumindo que a camada de gelo observada é mantida pelo congelamento nas regiões de gelo espesso e derretimento em outros lugares. Isso se aplica em grande parte aos mundos gelados, já que as plataformas de gelo se achatariam naturalmente com o tempo devido ao fluxo de gelo se nenhum outro processo mantivesse a diferença.

A equipe diagnosticou o transporte de calor em vários cenários e descobriu que apenas alguns deles podem manter um orçamento de calor "equilibrado" de forma ampla, ou seja, como as várias fontes de calor (a quantidade de fluxo de calor do oceano para o gelo, mais a produção de calor no gelo devido à flexão da maré, mais a liberação de calor latente) pode equilibrar exatamente a perda de calor condutivo através da camada de gelo.

De acordo com o modelo, tal equilíbrio pode ser alcançado amplamente se a salinidade do oceano estiver em algum nível intermediário (10 ^-30 g / kg) e se a casca de gelo é a fonte de calor dominante. Quando essas duas condições forem satisfeitas, a circulação do oceano é fraca. Como resultado, a água quente polar não será misturada em direção ao equador com muita eficiência, então o derretimento equatorial não acontecerá. Isso resulta em uma plataforma de gelo que é mais espessa ao redor do equador da lua, como foi observado pela Cassini. Isso também implica que a pressão na interface água-gelo é menor nos pólos, o que significa que também tem um ponto de congelamento mais alto do que a água no equador.

Para aqueles cenários com um orçamento de calor "desequilibrado", o que significa que parte do calor criado na lua não é conduzido para longe, o transporte de calor em direção ao equador é muito eficiente e a camada de gelo equatorial tenderá a derreter. Enquanto isso, a força do gradiente de pressão conduzirá um fluxo de gelo do equador aos pólos. Juntos, o derretimento e o fluxo de gelo reduzirão a espessura do gelo perto do equador, inevitavelmente. Nesse cenário, a geometria do gelo observada não pode ser mantida durante a vida da lua.