Un satélite helado de Saturno, Encelado, ha sido un tema de creciente interés en los últimos años desde que Cassini capturó chorros de agua y otros materiales que se expulsaron del polo sur de la luna. Una hipótesis particularmente tentadora respaldada por la composición de la muestra es que podría haber vida en los océanos debajo de las capas de hielo de Encelado. Para evaluar la habitabilidad de Encelado y descubrir la mejor manera de sondear esta luna helada, los científicos deben comprender mejor la composición química y la dinámica del océano de Encelado.

Específicamente, una salinidad adecuada podría ser importante para la habitabilidad. Como la papilla de los Tres Osos, el nivel de sal del agua debe ser el adecuado para que la vida prospere. Una salinidad demasiado alta podría poner en peligro la vida, y una salinidad demasiado baja puede indicar una reacción agua-roca débil, limitando la cantidad de energía disponible para la vida. Si la vida existe circulación oceánica, que también depende indirectamente de la salinidad, determinará dónde está el calor, los nutrientes y las biofirmas potenciales se transportan a, y por tanto es la clave para la detección de biofirmas.

Un equipo de científicos que trabaja con el Dr. Wanying Kang en el MIT aborda estas preguntas simulando numéricamente las probables circulaciones oceánicas para varios niveles posibles de salinidad y evaluando la probabilidad de cada escenario preguntando si es capaz de mantener la geometría de la capa de hielo observada que Cassini trazada en la luna helada.

La circulación oceánica depende de las diferencias de densidad del agua que la constituye en diferentes partes del océano. El agua más densa fluirá hacia el agua menos densa para alcanzar un equilibrio. Esas diferencias de densidad están controladas en sí mismas por dos factores clave, la ubicación de la fuente de calor de la luna y la salinidad del océano, Ambos son poco conocidos en la actualidad.

Hay dos lugares en Encelado para una posible fuente de calor:en el núcleo de silicato o en la plataforma de hielo inferior donde se encuentra con la parte superior del océano. Si se produce una cantidad significativa de calor en el núcleo de silicato a través de la flexión de la marea debajo del océano, los científicos esperarían ver convección, como sucede cuando hierves una olla de agua. Similar, si se congela encima del océano, la sal será expulsada del hielo, aumentando la densidad del agua local y provocando la convección desde la parte superior.

La salinidad también juega un papel clave en esos cálculos de densidad. Para niveles de salinidad relativamente bajos, el agua se contrae al calentarse cerca del punto de congelación, haciéndolo más denso. Dado que el océano de Encelado está en contacto con una capa de hielo global, está cerca de congelar. Esto es contrario a la forma en que la mayoría de la gente piensa sobre el calentamiento, lo que generalmente implica que el material se vuelve menos denso al aumentar la temperatura. A mayores salinidades, esto se vuelve cierto y el agua comienza a comportarse normalmente, expandiéndose sobre el calentamiento.

Dada la incertidumbre de la salinidad de los océanos de Encelado (entre 4-40 gramos de sal por kilogramo de agua) y qué porcentaje del calentamiento del planeta se produce en cualquiera de las dos fuentes, La Dra. Kang y sus coautores utilizaron el modelo oceánico del MIT para simular la circulación oceánica en varias combinaciones, asumiendo que la capa de hielo observada se mantiene al congelarse en las regiones espesas de hielo y derretirse en otras partes. Esto es cierto en gran medida para los mundos helados, ya que las plataformas de hielo se aplanarían naturalmente con el tiempo debido al flujo de hielo si ningún otro proceso mantiene una diferencia.

El equipo diagnosticó el transporte de calor en varios escenarios y descubrió que solo algunos de ellos pueden mantener en general un balance de calor "equilibrado". es decir., cómo las diversas fuentes de calor (la cantidad de flujo de calor del océano al hielo, más la producción de calor en el hielo debido a la flexión de las mareas, más la liberación de calor latente) pueden equilibrar exactamente la pérdida de calor por conducción a través de la capa de hielo.

Según el modelo, Dicho equilibrio se puede lograr en términos generales si la salinidad del océano se encuentra en algún nivel intermedio (10 ^-30 g / kg) y si la capa de hielo es la fuente de calor dominante. Cuando se cumplen estas dos condiciones, la circulación oceánica es débil. Como resultado, el agua polar tibia no se mezclará hacia el ecuador con demasiada eficacia, para que no ocurra el derretimiento ecuatorial. Esto da como resultado una plataforma de hielo que es más gruesa alrededor del ecuador de la luna, como fue observado por Cassini. También implica que la presión en la interfaz agua-hielo es menor en los polos, lo que significa que también tiene un punto de congelación más alto que el agua en el ecuador.

Para aquellos escenarios con un presupuesto de calor "desequilibrado", lo que significa que parte del calor creado en la luna no se elimina, el transporte de calor hacia el ecuador es demasiado eficiente y la capa de hielo ecuatorial tenderá a derretirse. Mientras tanto, la fuerza del gradiente de presión impulsará un flujo de hielo desde el ecuador hacia los polos. Juntos, el derretimiento y el flujo de hielo reducirán el espesor del hielo cerca del ecuador, inevitablemente. Bajo este escenario, la geometría del hielo observada no se puede mantener durante la vida de la luna.