O oceano da lua Encelado de Saturno pode abrigar atividades hidrotérmicas | Saturn's Enceladus Moon's Ocean May Harbor Hydrothermal Activity

A espaçonave Cassini da  NASA forneceu aos  cientistas a primeira prova clara de que a lua Encelado de Saturno exibe sinais de atividade hidrotérmica atualmente, que podem ser parecidas com as observadas nas profundezas dos oceanos da Terra. As implicações de tal
atividade em um corpo celeste diferente de nosso planeta abrem possibilidades científicas sem precedentes.

“Essas descobertas aumentam a possibilidade de que Encelado, que contém um oceano sob sua superfície e dá mostras de notável atividade geológica, pode conter ambientes favoráveis a organismos vivos,” disse John Grunsfeld, astronauta  e administrador associado Diretoria de Missões Científicas em Washington. “As localizações em nosso sistema solar onde ambientes extremos  ocorrem, nos quais pode haver vida, nos trazem maiores possibilidades de responder a pergunta: estamos sozinhos no Universo?”

A atividade hidrotérmica ocorre quando a água marinha se infiltra e reage com uma crosta rochosa, emergindo como uma solução impregnada de minerais, uma ocorrência natural nos oceanos da Terra. Segundo dois artigos científicos, os resultados são os primeiros indícios claros de que uma lua gelada pode ter  processos ativos  similares em andamento.

O primeiro artigo, está relacionado a microscópicos grãos de poeira detectados pela Cassini no sistema de Saturno. Uma ampla análise de quatro anos de duração dos dados obtidos pela espaçonave, simulações em computadores e experiências de laboratório levaram os pesuisadores à conclusão de que os minúsculos grãos muito provavelmente se formam quando a água quente contendo minerais dissolvidos do interior rochoso da lua sobe, entrando em contato com a água mais fria. As temperaturas necessárias para as interações que produzem os minúsculos grãos rochosos teriam de ser, pelo menos, de 90 graus Celsius.

"É muito empolgante o fato de podermos usar aqueles minúsculos grãos de rocha,lançados ao espaço por gêiseres, para sabermos sobre as condições na — e sob — o leito do oceano de uma lua gelada," disse o principal autor do artigo, Sean Hsu, pesquisador da Universidade do Colorado em Boulder.

O instrumento Analizador de Poeira Cósmica da Cassini (CDA) detectou repetidamente minúsculas  partículas de rocha ricas em silício, antes mesmo de a Cassini  ter entrado na órbita de Saturno, em 2004. Pelo  processo de eliminação, a equipe do CDA concluiu que essas partículas devem ser grão de sílica, que é encontrada em areia e minerais de  quartzo na Terra. O tamanho consistente dos grãos observado pela Cassini, o maior dos quais tinha entre 6 e 9 nanômetros, foi a pista que levou os pesquisadores à conclusão de que um processo específico era, provavelmente, o responsável.

Na Terra, a forma mais comum de grãos de sílica desse tamanho é a atividade hidrotérmica sob uma série de condições específicas; especialmente quando a água levemente salgada e alcalina que é supersaturada de  sílica sofre uma grande queda de temperatura.

"Nós buscamos metodicamente  explicações alternativas para os grãos de nanosílica, mas cada novo resultado indicou uma só e mais provável origiem," disse o coautor Frank Postberg, scientista da equipe da Cassini CDA na  Universidade Heidelberg, Alemanha.

Hsu e Postberg trabalharam em estreita cooperação com colegas da University de Tóquio, que conduziram as detalhadas experiências em laboratório que validaram a hipótese de atividades hidrotémicas. A equipe japonesa, liderada po Yasuhito Sekine, verificou as condições sob as quais os grãos de sílica se formam com o mesmo tamanho dos detectados pela Cassini. Os pesquisadores acham que essas condições podem existir no leito marinho de Encelado, onde a água quente do seu interior encontra a água relativamente fria no fundo do oceano.

O tamanho extremamente pequeno das partículas de sílica também sugere que elas viajam para cima relativamente rápido, de sua origem hidrotérmica até fontes próximas à superfície do gêiseres daquela lua. Do leito marinho até o espaço externo, uma distância de cerca de 50 quilômetros, os grãos passam entre alguns meses e alguns anos em trânsito, pois, do contrário, se tornariam muito maiores.

Os autores assinalam que as medições de gravidade feitas pela Cassini sugeram que o núcleo rochoso de Encelado é muito poroso, o que permitiria que a água do oceano percolasse para o interior. Isso proprocionaria uma enorme área de superfície onde a rocha e a água poderiam interagir.

O segundo artigo, recentemente publicado na Geophysical Research Letters, sugere que a atividade hidrotérmica é uma de duas prováveis fontes de metano da nuvem de gás e partículas de gelo que irrompe da região polar sul de Encelado. A descoberta é resultado de extensos modelos feitos por cientistas franceses e americanos para descobrir por que o metano, conforme as amostras anteriormente obtidas pela Cassini, é curiosamente abundante na nuvem.

A equipe descobriu que,  sob as altas pressões que devem haver no oceano daquela lua, materiais gelados chamados clatratos poderiam se formar, aprisionando moléculas de metano em estruturas de cristais de gelo de água. Seus modelos indicam que esse processo é tão eficiente em reduzir o metano do oceano que os pesquisadores ainda precisavam deuma explicação para a abundância desse gás na nuvem.

Em um cenário, os processos hidrotérmicos super saturam de metano o oceano. Isso poderia ocorrer se o metano for produzido mais rapidamente do que é convertido em clatratos. Uma segunda possibilidade é a de que os clatratos de metano do oceano são levados junto com as nuvens que irrompem e liberam seu metano á medida que se elevam, como bolhas se formando em uma garrafa de champanhe aberta.

Os autores concordam que ambos os cenários estão ocorrendo em alguma proporção, mas não notam que a presença de grãos de nanosílica, conforme documentado no outro artigo, favorece o cenário hidrotérmico.

"Nós não esperávamos que nosso estudo de clatratos no oceano de Encelado nos levasse à ideia de que o metano está sendo ativamente produzido por processos hidrotérmicos," disse o  autor principal, Alexis Bouquet,  estudante graduado da Universidade do Texas em San Antonio. Bouquet trabalhou com o coautor Hunter Waite, que lidera a equipe Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) no Southwest Research Institute em San Antonio.

Tradução de Luiz Leitão

NASA's Cassini spacecraft has provided scientists the first clear evidence that Saturn’s moon Enceladus exhibits signs of present-day hydrothermal activity which may resemble that seen in the deep oceans on Earth. The implications of such activity on a world other than our planet open up unprecedented scientific possibilities.

“These findings add to the possibility that Enceladus, which contains a subsurface ocean and displays remarkable geologic activity, could contain environments suitable for living organisms,” said John Grunsfeld astronaut and associate administrator of NASA's Science Mission Directorate in Washington. “The locations in our solar system where extreme environments occur in which life might exist may bring us closer to answering the question: are we alone in the Universe.”

Hydrothermal activity occurs when seawater infiltrates and reacts with a rocky crust and emerges as a heated, mineral-laden solution, a natural occurrence in Earth’s oceans. According to two science papers, the results are the first clear indications an icy moon may have similar ongoing active processes.

The first paper, published this week in the journal Nature, relates to microscopic grains of rock detected by Cassini in the Saturn system. An extensive, four-year analysis of data from the spacecraft, computer simulations and laboratory experiments led researchers to the conclusion the tiny grains most likely form when hot water containing dissolved minerals from the moon's rocky interior travels upward, coming into contact with cooler water. Temperatures required for the interactions that produce the tiny rock grains would be at least 194 degrees Fahrenheit (90 degrees Celsius).

"It's very exciting that we can use these tiny grains of rock, spewed into space by geysers, to tell us about conditions on -- and beneath -- the ocean floor of an icy moon," said the paper’s lead author Sean Hsu, a postdoctoral researcher at the University of Colorado at Boulder.

Cassini's cosmic dust analyzer (CDA) instrument repeatedly detected miniscule rock particles rich in silicon, even before Cassini entered Saturn’s orbit in 2004. By process of elimination, the CDA team concluded these particles must be grains of silica, which is found in sand and the mineral quartz on Earth. The consistent size of the grains observed by Cassini, the largest of which were 6 to 9 nanometers, was the clue that told the researchers a specific process likely was responsible.

On Earth, the most common way to form silica grains of this size is hydrothermal activity under a specific range of conditions; namely, when slightly alkaline and salty water that is super-saturated with silica undergoes a big drop in temperature.

"We methodically searched for alternate explanations for the nanosilica grains, but every new result pointed to a single, most likely origin," said co-author Frank Postberg, a Cassini CDA team scientist at Heidelberg University in Germany.

Hsu and Postberg worked closely with colleagues at the University of Tokyo who performed the detailed laboratory experiments that validated the hydrothermal activity hypothesis. The Japanese team, led by Yasuhito Sekine, verified the conditions under which silica grains form at the same size Cassini detected. The researchers think these conditions may exist on the seafloor of Enceladus, where hot water from the interior meets the relatively cold water at the ocean bottom.

The extremely small size of the silica particles also suggests they travel upward relatively quickly from their hydrothermal origin to the near-surface sources of the moon's geysers. From seafloor to outer space, a distance of about 30 miles (50 kilometers), the grains spend a few months to a few years in transit, otherwise they would grow much larger.

The authors point out that Cassini's gravity measurements suggest Enceladus' rocky core is quite porous, which would allow water from the ocean to percolate into the interior. This would provide a huge surface area where rock and water could interact.

The second paper, recently published in Geophysical Research Letters, suggests hydrothermal activity as one of two likely sources of methane in the plume of gas and ice particles that erupts from the south polar region of Enceladus. The finding is the result of extensive modeling by French and American scientists to address why methane, as previously sampled by Cassini, is curiously abundant in the plume.

The team found that, at the high pressures expected in the moon's ocean, icy materials called clathrates could form that imprison methane molecules within a crystal structure of water ice. Their models indicate that this process is so efficient at depleting the ocean of methane that the researchers still needed an explanation for its abundance in the plume.

In one scenario, hydrothermal processes super-saturate the ocean with methane. This could occur if methane is produced faster than it is converted into clathrates. A second possibility is that methane clathrates from the ocean are dragged along into the erupting plumes and release their methane as they rise, like bubbles forming in a popped bottle of champagne.

The authors agree both scenarios are likely occurring to some degree, but they note that the presence of nanosilica grains, as documented by the other paper, favors the hydrothermal scenario.

"We didn't expect that our study of clathrates in the Enceladus ocean would lead us to the idea that methane is actively being produced by hydrothermal processes," said lead author Alexis Bouquet, a graduate student at the University of Texas at San Antonio. Bouquet worked with co-author Hunter Waite, who leads the Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) team at Southwest Research Institute in San Antonio.