Zonnestelsel Nieuws

Webb ziet de waterdamppluim van Enceladus

Terwijl Enceladus in slechts 1,37 dagen om Saturnus draait verspreidt de uitgestoten waterdamp zich langs en rond zijn baan en vormt een grote torus rond de gasreus.

De waterpluim van Enceladus
Afbeeldingen van Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) tonen een waterdamppluim die uit de zuidpool van Saturnusmaan Enceladus spuit. Afbeelding tegoed: NASA / ESA / CSA / STScI / G. Villanueva, NASA’s Goddard Space Flight Center / A. Pagan, STScI.

Met een doorsnede van 505 kilometer is Enceladus de zesde grootste maan van Saturnus. De maan werd in 1789 ontdekt door de in Duitsland geboren Britse astronoom William Herschel. In de zoektocht naar leven buiten de Aarde is het is een van de meest opwindende wetenschappelijke doelen in ons zonnestelsel.

Enceladus is waarschijnlijk de grootste bron van water binnen het systeem van Saturnus, met water en andere materialen die door plaatselijke geologische activiteit in de baan van Saturnus worden gespoten.

Eerdere aanwijzingen van geologische activiteit op Enceladus werden in de jaren tachtig en negentig al geleverd door de Voyager ruimtesonde en telescopische waarnemingen. Hierbij werd een nauw verband gevonden tussen de baan van Enceladus en de dichte E-ring, de buitenste en breedste ring van Saturnus.

In 2005 ontdekten meerdere instrumenten aan boord van de Cassini ruimtesonde een pluim van gassen en ijskorrels die uit scheuren in het zuidpoolgebied van Enceladus tevoorschijn kwamen.

Onlangs werd via submillimeterspectroscopie met de Herschel Space Telescope van de ESA een torus van water langs de baan van Enceladus waargenomen.

De Cassini-metingen van het pluimgas werden uitgevoerd met behulp van massaspectrometrie langs specifieke flyby-trajecten en via stellaire bedekkingen in het binnenste deel van de pluim (minder dan 200 kilometer).

Daarentegen waren de metingen van de torus niet ruimtelijk opgelost maar ze wezen op de aanwezigheid van waterdamp op grote schaal in het hele Saturnus-systeem.

Hoewel de flux van ijskorrels in de pluim op meerdere tijdschalen varieert, zijn de variaties in de dampflux minder goed begrepen, evenals hoe deze de structuur en evolutie van de torus beïnvloeden.

Door de moleculaire emissies over grote afstanden vanaf Enceladus te bestuderen met de James Webb Space Telescopen konden onderzoekers van het Goddard Space Flight Center van de NASA de verdeling van ontgast water in kaart brengen, het activiteitsniveau vergelijken met die bepaald door Cassini-metingen en een direct verband leggen met de pluim met de uitgestrekte wolk van materiaal voorbij de pluim die zich waarschijnlijk heeft opgehoopt over meerdere banen.

Toen de onderzoekers naar de gegevens keken dachten ze eerst dat ze het bij het verkeerde eind hadden. Ze waren verrast te zien dat de waterpluim meer dan 20 keer zo groot was als Enceladus. De waterpluim strekte zich uit tot 10.000 kilometer buiten het gebied aan de zuidpool waar het vrijkomt.

De infographic toont een diagram van Saturnus, Enceladus en zijn torus
De infographic toont een diagram van Saturnus, Enceladus en zijn torus bovenaan, het NIRCam-beeld van Enceladus linksonder en de spectra van het NIRSpec-instrument rechtsonder. Afbeelding tegoed: NASA / ESA / CSA / STScI / L. Hustak, STScI / G. Villanueva, NASA’s Goddard Space Flight Center.

De lengte van de pluim was niet het enige kenmerk dat de onderzoekers intrigeerde. De snelheid waarmee de waterdamp eruit gutst, ongeveer 300 liter per seconde, is ook indrukwekkend.

De baan van Enceladus rond Saturnus is relatief snel. De maan raast in 33 uur om de planeet heen en terwijl de maan rond Saturnus draait spuwen de maan en zijn jets in feite water uit waardoor een halo achterblijft , bijna als een donut.

In de waarnemingen van de Webb was niet alleen de pluim enorm groot maar was er ook overal water zichtbaar. Deze zwakke donut van water die overal verscheen, beschreven als een torus, bevindt zich op dezelfde locatie als de E-ring van Saturnus.

De Webb-waarnemingen laten direct zien hoe de waterdamppluimen van de maan de torus voeden.

Door de Webb-gegevens te analyseren bepaalden de onderzoekers dat ongeveer 30% van het water in deze torus blijft en dat de andere 70% ontsnapt om de rest van het Saturnus-systeem van water te voorzien.

Webb bidet een unieke manier om direct te meten hoe water evolueert en verandert in de loop van de tijd over de enorme pluim van Enceladus. De onderzoekers zeggen dat ze hierdoor nieuwe ontdekkingen zullen doen en meer zullen leren over de samenstelling van de onderliggende oceaan.

De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Astronomy

Artikel: G.L. Villanueva et al. 2023. JWST molecular mapping and characterization of Enceladus’ water plume feeding its torus, (pdf) Nature Astronomy, in press

Eerste publicatie: 3 juni 2023
Bron: NASA/ESA/sci-news