У 17. веку, астрономи Кристијан Хајгенс и Ђовани Касини усмерили су неке од најранијих телескопа ка Сатурну и направили изненађујуће откриће. Светле структуре широм планете нису биле чврсте продужетке самог света, већ одвојени прстенови формирани од многих танких, угнежђених лукова.
Вековима касније, НАСА-ина мисија Цассини-Хуигенс (Цассини) пренела је то истраживање у свемирско доба. Почевши од 2005. године, летелица је вратила поплаву детаљних слика које су преобликовале поглед научника на Сатурн и његове месеце. Једно од најдраматичнијих открића дошло је са Енцеладуса, малог леденог месеца где су високи гејзири испалили материјал у свемир, стварајући слаб подпрстен око Сатурна направљен од избачених крхотина.
Нове компјутерске симулације које се изводе у Тексашком напредном рачунарском центру (ТАЦЦ), користећи податке које је прикупио Цассини, сада дају префињене процене колико леда Енцеладус губи у свемиру. Ажурирани бројеви су важни за разумевање унутрашње активности Месеца и за планирање будућих роботских мисија које би могле да истраже његов затрпани океан, који би потенцијално могао да подржи живот.
„Стопе масеног протока из Енцеладуса су између 20 до 40 посто ниже од онога што налазите у научној литератури“, рекао је Арнауд Махиеук, виши истраживач на Краљевском белгијском институту за свемирску аерономију и подружница Одељења за ваздухопловство и инжењерску механику УТ Аустин.
Суперкомпјутери и ДСМЦ модели откривају физику перја
Махиеук је одговарајући аутор рачунарске студије о Енцеладу објављеној августа 2025. у часопису Јоурнал оф Геопхисицал Ресеарцх: Планетс. У овом раду, он и његови сарадници су користили моделе директне симулације Монте Карло (ДСМЦ) да би боље описали како се понашају огромни праменови водене паре и ледених зрна након избијања из пукотина и отвора на површини Енцеладуса.
Пројекат се заснива на ранијим истраживањима коју је водио Махиеук и која је објављена 2019. Та претходна студија је била прва која је користила ДСМЦ технике за утврђивање почетних услова за перјанице, укључујући величину вентилационих отвора, однос водене паре и чврстих зрна леда, температуру материјала и брзину којом бежи у свемир.
„ДСМЦ симулације су веома скупе“, рекао је Махиеук. „Користили смо ТАЦЦ суперкомпјутере још 2015. да бисмо добили параметризације за смањење времена рачунања са 48 сати тада на само неколико милисекунди сада.
Користећи ове математичке параметризације, тим је израчунао кључна својства Енцеладусових криовулканских перја, као што су колико су густи и колико се брзо крећу гас и честице. Своје прорачуне су засновали на Касинијевим мерењима прикупљеним док је летелица летела директно кроз млазнице.
„Главни налаз наше нове студије је да бисмо за 100 криовулканских извора могли да ограничимо масене протоке и друге параметре који раније нису изведени, као што је температура на којој је материјал излазио. Ово је велики корак напред у разумевању онога што се дешава на Енцеладу“, рекао је Махје.
Мали месец са моћним криовулканским млазницама
Енцелад је релативно мали месец, широк само око 313 миља, а његова слаба гравитација није довољно јака да спречи еруптивне млазнице да побегну у свемир. Нови ДСМЦ модели су дизајнирани да прецизно представљају ово окружење ниске гравитације. Ранији модели нису обухватили физику и динамику гаса са толико детаља као тренутни ДСМЦ приступ.
Махиеук упоређује феномен са вулканском ерупцијом. Оно што Енцеладус ради је слично вулкану који баца лаву у свемир – осим што су избачени праменови водене паре и леда.
Симулације прате како се гас у перјаницама понаша на веома малим размерама, где се појединачне честице крећу, сударају и преносе енергију на начин сличан мермерима који се одбијају један у други. Модели прате неколико милиона молекула у временским корацима мереним у микросекундама. Због ДСМЦ методе, научници сада могу да симулирају услове при нижим, реалистичнијим притисцима и омогућавају веће удаљености између судара него што су то могли да поднесу претходни модели.
Код планете и моћ ТАЦЦ суперкомпјутера
Давид Голдстеин, професор на УТ Аустину и коаутор студије, водио је развој 2011. ДСМЦ кода познатог као Планет. ТАЦЦ је доделио Голдштајну рачунарско време на својим суперкомпјутерима Лонестар6 и Стампеде3 преко портала за сајберинфраструктуру Универзитета Тексас Ресеарцх, који пружа ресурсе истраживачима у свих 14 институција УТ система.
„ТАЦЦ системи имају дивну архитектуру која нуди велику флексибилност“, рекао је Махиеук. „Ако користимо ДСМЦ код само на лаптопу, могли бисмо да симулирамо само мале домене. Захваљујући ТАЦЦ-у, можемо да симулирамо са површине Енцеладуса до 10 километара висине, где се перјанице шире у свемир.“
Енцеладус и породица светова леденог океана
Сатурн кружи изван онога што астрономи називају „снежном линијом“ у Сунчевом систему, заједно са другим џиновским планетама на којима се налазе ледени месеци, укључујући Јупитер, Уран и Нептун.
„Постоји океан течне воде испод ових ‘великих кугли леда’“, рекао је Махиеук. „Ово су многи други светови, осим Земље, који имају течни океан. Перјанице на Енцеладу отварају прозор у подземне услове.“
Пошто перјанице преносе материјал дубоко испод површине у свемир, оне нуде редак природни узорак скривеног океана, без потребе за бушењем кроз миље леда.
Будуће мисије и потрага за животом
НАСА и Европска свемирска агенција планирају нове мисије које би се вратиле на Енцелад са далеко амбициознијим циљевима од једноставних прелета. Неки предлози предвиђају слетање свемирских летелица на површину и бушење кроз кору како би стигли до океана испод, како би се потражили хемијски знаци живота који би тамо могли бити сачувани.
У међувремену, мерење шта се налази унутар перја и колико материјала они носе даје научницима моћан индиректан начин да проучавају подземно окружење. Анализом млазњака, истраживачи могу закључити услове у океану без потребе да физички пробијају ледену шкољку.
„Суперкомпјутери нам могу дати одговоре на питања која нисмо могли да поставимо пре 10 или 15 година“, рекао је Махје. „Сада можемо да се приближимо симулацији онога што природа ради.“
