Enceladus fortsätter fascinera

De partiklar som kommert från Enceladus gejsrar interagerar med Saturnus magnetosfär på ett intrikat sätt.
8 oktober 2010

ESA:s och NASA:s rymdsond Cassini fortsätter att leverera spektakulära resultat från Saturnus, och inte minst från den märkliga lilla månen Enceladus. Bland annat kan svenska forskare kommit orsaken till hittills oförklarade periodiska variationer i Saturnus magnetosfär på spåren.

Saturnus måne Enceladus är en av de intressantaste månarna i solsystemet. Den är en sjundedel så stor som jordens måne tvärsöver och väger 1/700-del så mycket. Ändå mäktar den med vad vår måne inte gör, nämligen att vara geologiskt aktiv. Ur långa sprickor vid Enceladus sydpol sprutar gejsrar av vatten uppblandat med kväve, metan, koldioxid och organiska molekyler som etan, propan och acetylen ut i rymden.

ESA:s och NASA:s rymdsond Cassini, som har snurrat runt Saturnus och studerat dess månar sedan 2004, har också mätt temperaturer så höga som -120 grader på små områden runt sydpolen. Det är många tiotal grader varmare än väntat, och pekar otvetydligen på att ytan värms av energi från Enceladus inre. Denna energi kommer sannolikt från gravitationell växelverkan med Saturnus och grannmånar, som "knådar" Enceladus och på så vis värmer upp dess inre.

Enceladus kretsar mitt i E-ringen

Stellar data on plume
Trots sin litenhet är Enecladus geologiskt aktiv. Det gör den unik i solsystemet.

Förutom att gejsrarna och deras ursprung är väldigt intressanta i sig påverkar de också den omgivande rymden. Detta är svenska forskare på Institutet för rymdfysik, IRF, särskilt intresserade av. De har också ett eget instrument ombord på Cassini vars syfte är just att studera förhållanden i rymden genom att mäta flöden av laddade partiklar. Och laddade blir partiklarna, för när de strömmar ut från Enceladus blir de snabbt joniserade av solens ultravioletta strålning. Enceladus bana är därför fylld av laddade partiklar, ett plasma.

Enceladus kretsar runt Saturnus mitt i planetens E-ring, som är en tunn och diffus stoftring som sträcker sig från Mimas innanför Enceladus till Rhea som ligger nästan dubbelt så långt från Saturnus som Enceladus. E-ringen består av mikroskopiska stoftpartiklar som genom årmiljonerna kommit från just Enceladus gejsrar.

Runt Enceladus finns alltså både en stoftring och en plasmaring. När dessa samverkar med varandra händer märkliga saker.

– Man skulle förvänta sig att stoftringen roterar runt Saturnus precis som alla andra stora och små kroppar, enligt gravitationens lagar, medan plasmaringen skulle följa med magnetfältet. Det skulle betyda att plasmapartiklarna borde röra sig ungefär dubbelt så fort som stoftpartiklarna. Men det gör de inte. De håller samma hastighet, säger Jan-Erik Wahlund, docent på IRF och huvudansvarig för institutets instrument på Cassini.

Enda platsen i solsystemet

Cassini approaches Saturn
Cassini är en av de många internationella rymdsonder som Institutet för rymdfysik har instrument på.

Ett av de dynamiska fenomen forskarna studerar är hur rörelsemängdsmoment överförs från plasmat till stoftet. Saturnus magnetfält vill dra runt plasmat snabbare medan stoftet fungerar som en broms för detta. Därigenom tillförs stoftet energi. Dessutom suger stoftpartiklarna åt sig fria elektroner från plasmat, vilket gör hela anrättningen mer laddad.

– Allt det här påverkar exempelvis hus stoftet klumpar ihop sig, säger Jan-Erik Wahlund. Att stoftkornen blir laddade gör att de tenderar att repellera varandra, medan det finns andra dynamiska effekter som vill klumpa ihop dem.

Enceladus är i princip det enda stället i solsystemet där det går att studera denna växelverkan mellan stoft och plasma. Så Jan-Erik Wahlund och forskarna på IRF är glada som barn i en godisaffär för den möjlighet de tack vare Cassini fått att studera detta. Utan institutets instrument hade heller inte Cassini kunna studera denna växelverkan, så samarbetet har verkligen varit lyckat för alla parter, med vetenskapssamfundet som den största vinnaren.

Osynkade skivor kan vara förklaringen

Enceladus gejsrar påverkar även hela Saturnus magnetosfär. I denna magnetosfär pågår det saker som forskarna kliat sig i huvudet över. Det finns många fenomen i den som är periodiska med en period exakt lika lång som planetens rotationstid, 10,7 timmar. Plasmats densitet, planetens magnetfält, partiklarnas dynamik, radioutstrålning, ja, i stort sett allt i Saturnus närhet varierar med dess rotation. Uppenbarligen finns en koppling, men vad?

IRF-forskarna tror att de kan ha kommit på lösningen. Det är känt att Saturnus rotationsaxel och magnetfältets rotationsaxel ligger väldigt, väldigt nära varandra (på jorden skiljer det nästan tio grader, men på Saturnus är det mindre än en grad som skiljer de två axlarna).

– Men om det ändå faktiskt skiljer en aning, någon tiondels grad, så skulle det göra att plasmat runt Saturnus och stoftet runt planeten skulle vilja röra sig i lite olika banplan. På så pass långt avstånd som Enceladus skulle det göra en viss skillnad, säger Jan-Erik Wahlund.

Skillnaden i lutning skulle göra att stoft- och plasmaskivorna skulle vilja röra sig upp och ner i förhållande till varandra, och alltså interagera olika under ett varv runt planeten. Det skulle göra att man får fenomen med en periodicitet på 10,7 timmar, som sedan sprider sig utåt i Saturnus rymdomgivningar.

Än så länge är det här bara en teori. Men Jan-Erik Wahlund tror att de kommer att kunna säga hur det faktiskt förhåller sig genom att studera data från Cassini från kommande passager genom området.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.