Оценка кислотно-щелочного баланса подповерхностного океана Энцелада, шестого по величине спутника Сатурна, возможна без посадки на его поверхность. Этому посвящено новое исследование, представленное группой ученых из Японии. В работе рассматриваются усовершенствованные способы анализа вещества, выбрасываемого из трещин ледяной коры, с целью более точного определения уровня pH. Такие данные позволяют уточнить характеристики океана под поверхностью спутника и условия, которые в нем складываются.
В качестве основного инструмента предлагается использовать рамановскую спектроскопию. Метод позволяет исследовать состав воды, содержащейся в выбросах Энцелада, и определять ее кислотно-щелочные свойства. Авторы подчеркивают, что подобные приборы уже применялись в межпланетных миссиях и хорошо подходят для изучения ледяных тел. В рамках работы проверялась возможность различать слабощелочные и сильнощелочные значения pH в диапазоне от 8 до 12, которые, по оценкам ученых, характерны для выбросов Энцелада.
Для проверки гипотезы исследователи провели серию лабораторных опытов. Образцы карбонатных соленых растворов с разными уровнями pH помещали в вакуумную камеру, где жидкость испарялась, а затем замораживалась. Условия в камере имитировали поверхность Энцелада, в результате чего оставались солевые отложения. Анализ проводился приборами рамановской спектроскопии, настроенными по аналогии с оборудованием, которое планируется использовать в будущих космических миссиях. Карбонаты, образующиеся при взаимодействии воды, углекислого газа и горных пород, рассматривались как ключевые индикаторы химических свойств среды.
Задача экспериментов заключалась в проверке возможности анализа солевых отложений и определения их pH. В ходе работы удалось установить, что рамановская спектроскопия позволяет уверенно различать уровни кислотности в каждом из образцов.
В исследовании отмечается, что метод способен выявлять карбонатные минералы на поверхности Энцелада. Их качественное определение дает возможность оценивать pH подповерхностного океана. Таким образом, рамановский спектрометр рассматривается как перспективный инструмент для анализа поверхностных материалов спутника непосредственно на месте.
Рамановская спектроскопия уже применяется в планетных исследованиях. В числе действующих миссий упоминаются приборы SuperCam и SHERLOC на борту марсохода Perseverance, работающего в кратере Езеро на Марсе. Среди запланированных проектов названы рамановский лазерный спектрометр RLS на марсоходе ExoMars Rosalind Franklin Европейского космического агентства (ESA), а также спектрометр для миссии Martian Moons eXploration (MMX) Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). На Perseverance метод используется для изучения химического состава пород и минералов, а также для поиска органических соединений и биосигнатур.
Энцелад был открыт Уильямом Гершелем в 1789 году. Первые детальные снимки спутника получила миссия NASA «Вояджер-1» в 1980 году. Наибольшее внимание к нему привлек аппарат NASA «Кассини», который зафиксировал молодую, практически безкратерную поверхность и обнаружил активные выбросы вещества в районе южного полюса. Во время пролетов сквозь эти струи были зафиксированы вода, соленые ледяные частицы, органические молекулы, водород и тепловая энергия, что свидетельствовало об активных геологических процессах.
Согласно существующим оценкам, под ледяной корой Энцелада скрывается обширный океан. Его характеристики допускают возможность существования форм жизни, аналогичных земным. В связи с этим анализ отложений, оставленных выбросами на поверхности, рассматривается как один из наиболее информативных способов изучения состава подповерхностного океана.