Bagaimanakah Kita Tahu Enceladus Menyimpan Lautan di Bawah Ais?

Dari jauh, Enceladus kelihatan seperti bebola ais yang kecil dan terang. Satelit semula jadi Zuhal ini mempunyai diameter kira-kira 500 kilometer, dengan permukaan yang sangat sejuk. Namun, di bawah lapisan aisnya tersembunyi sesuatu yang tidak dapat dilihat melalui gambar biasa, iaitu lautan bawah permukaan berupa air masin yang mengelilingi bahagian dalam satelit tersebut. Kewujudannya ialah inferens yang kukuh daripada pelbagai pemerhatian, walaupun lautan itu belum pernah dilihat secara langsung.

Penemuan ini tidak dibuat dengan menggerudi ais. Sebaliknya, ahli astronomi menggabungkan beberapa jenis pemerhatian daripada kapal angkasa Cassini untuk memahami struktur dalaman Enceladus.

Pancutan air dari kawasan kutub selatan

Pada 2005, kapal angkasa Cassini menemukan pancutan wap air dan zarah ais yang keluar daripada rekahan berhampiran kutub selatan Enceladus. Rekahan panjang ini dikenali secara tidak rasmi sebagai jalur harimau kerana coraknya yang menyerupai jalur pada permukaan satelit tersebut. Pancutan itu menarik perhatian ahli astronomi kerana air dan zarah ais sedang dilepaskan ke angkasa dari sebuah jasad yang permukaannya sangat sejuk.

Satu kemungkinan ialah terdapat takungan air cecair di bawah kerak ais, dan air daripada takungan itu boleh bergerak melalui rekahan sebelum sebahagiannya terlepas sebagai wap dan zarah ais. Namun, pancutan tersebut sahaja belum cukup untuk membuktikan kewujudan lautan yang mengelilingi seluruh Enceladus, kerana bahan yang dilepaskan juga boleh dikaitkan dengan takungan setempat atau proses pemanasan ais. Pemerhatian tambahan diperlukan untuk membezakan kemungkinan tersebut.

Garam memberikan petunjuk tentang air cecair

Cassini bukan sekadar mengambil gambar pancutan Enceladus. Kapal angkasa itu turut menggunakan instrumen untuk menganalisis zarah yang dilepaskan. Pada 2009, penyelidik melaporkan penemuan zarah ais yang mengandungi garam natrium dalam gelang E Zuhal, yang menerima sebahagian besar bahannya daripada Enceladus. Penemuan ini penting kerana komposisi zarah tersebut menunjukkan bahawa bahan pancutan berkemungkinan berasal daripada air cecair yang mengandungi garam terlarut.

Apabila titisan air masin membeku, garam yang terkandung di dalamnya boleh kekal bersama zarah ais, dan ini menyokong hipotesis bahawa terdapat takungan air masin di bawah permukaan Enceladus. Pada 2015, penyelidik turut melaporkan penemuan zarah silika yang sangat kecil. Berdasarkan eksperimen makmal dan pemodelan, sifat zarah tersebut menunjukkan kemungkinan berlakunya tindak balas antara air panas dengan batuan di bahagian dalam Enceladus.

Walau bagaimanapun, kewujudan silika tidak bermaksud ahli astronomi telah melihat dasar lautnya secara langsung. Aktiviti hidroterma merupakan inferens yang dibuat daripada sifat zarah dan model proses pembentukannya.

Graviti membantu mendedahkan bahagian dalam

Pada 2014, satu kajian menggunakan perubahan gerakan Cassini ketika kapal angkasa itu melintasi kawasan berhampiran Enceladus. Tarikan graviti sesuatu jasad mempengaruhi gerakan kapal angkasa yang berada berdekatan dengannya, dan jika taburan jisim di dalam jasad tersebut tidak sekata, kesannya terhadap gerakan kapal angkasa juga boleh berubah. Penyelidik mengukur perubahan yang sangat kecil pada halaju Cassini melalui isyarat radio yang diterima di Bumi.

Data tersebut menunjukkan anomali graviti berhampiran kutub selatan Enceladus, dan taburan jisim yang menghasilkannya sesuai dengan kewujudan bahan yang lebih tumpat di bawah permukaan. Air cecair lebih tumpat daripada ais air biasa dalam keadaan yang relevan, jadi salah satu penjelasan yang sesuai ialah terdapat takungan air cecair di bawah kerak ais. Namun, pengukuran graviti ketika itu belum dapat memastikan sama ada takungan tersebut hanya berada di kawasan kutub selatan atau meliputi seluruh satelit.

Olengan kecil yang membawa penemuan besar

Petunjuk yang lebih kuat datang daripada cara Enceladus berputar. Seperti Bulan yang mengelilingi Bumi, Enceladus berputar sambil mengorbit planet induknya, dan dalam keadaan biasa muka yang hampir sama sentiasa menghadap Zuhal. Namun, orientasi Enceladus mengalami olengan kecil yang berulang, dikenali sebagai librasi. Dengan menganalisis kedudukan ciri permukaan dalam imej Cassini yang diambil sepanjang beberapa tahun, penyelidik dapat mengukur olengan tersebut.

Hasil kajian yang diterbitkan dalam jurnal Icarus menunjukkan bahawa olengan Enceladus terlalu besar untuk dijelaskan dengan baik jika kerak aisnya melekat secara tegar pada bahagian dalam yang pepejal. Model yang lebih sesuai ialah kerak ais dapat bergerak sedikit secara berasingan daripada teras berbatu kerana terdapat lapisan air cecair di antaranya. Jika lapisan cecair itu hanya wujud di kawasan kecil berhampiran kutub selatan, model tersebut tidak dapat menjelaskan olengan yang diperhatikan dengan memuaskan. Oleh itu, penyelidik menyimpulkan bahawa Enceladus mempunyai lautan bawah permukaan yang mengelilingi bahagian dalamnya.

Mengapakah air itu tidak membeku sepenuhnya?

Enceladus menerima cahaya Matahari yang jauh lebih sedikit berbanding Bumi, tetapi suhu permukaan yang rendah tidak semestinya bermaksud seluruh bahagian dalamnya membeku. Tarikan graviti Zuhal menghasilkan daya pasang surut yang mengubah bentuk Enceladus sedikit demi sedikit ketika satelit itu mengorbit. Perubahan bentuk berulang boleh menghasilkan haba melalui pelesapan tenaga mekanik di bahagian dalam, dan proses ini dikenali sebagai pemanasan pasang surut. Pemanasan tersebut dipercayai memainkan peranan penting dalam mengekalkan air cecair di bawah kerak ais.

Walau bagaimanapun, jumlah haba yang terhasil dan cara haba dipindahkan melalui lautan, teras serta kerak ais masih menjadi bidang penyelidikan. Ketebalan kerak ais juga tidak semestinya sama di semua kawasan: model yang menggabungkan data graviti, bentuk dan olengan menunjukkan bahawa kerak ais mungkin jauh lebih nipis berhampiran kutub selatan berbanding sesetengah kawasan lain.

Adakah lautan Enceladus mempunyai hidupan?

Kewujudan air cecair menjadikan Enceladus menarik untuk penyelidikan astrobiologi. Analisis bahan pancutannya menunjukkan kehadiran beberapa unsur dan sebatian kimia yang penting untuk proses kehidupan seperti yang diketahui di Bumi, dan penyelidik juga menemukan bukti yang menyokong kemungkinan berlakunya tindak balas kimia antara air dengan batuan, yang boleh menyediakan sumber tenaga kimia. Namun, persekitaran yang mungkin sesuai untuk kehidupan tidak sama dengan penemuan kehidupan. Setakat bukti yang dibincangkan di sini, tiada hidupan telah disahkan pada Enceladus, dan Cassini juga tidak direka khusus untuk mengesan kehidupan secara langsung.

Penemuan lautan Enceladus menunjukkan bahawa air cecair tidak semestinya hanya terdapat di permukaan planet yang menerima banyak cahaya Matahari. Dalam keadaan tertentu, lautan boleh wujud jauh di bawah lapisan ais sesuatu satelit semula jadi.

Mengapakah beberapa jenis bukti lebih meyakinkan daripada satu pemerhatian?