Barstend ijs zorgt voor tijgerstrepen op Saturnusmaan

Astronomie De twee kilometer brede kloven op het zuidelijk deel van Enceladus ontstaan door spanningen in de dikke ijskorst van de maan.

Vanaf de zuidpool van Enceladus lopen barsten in het ijs.
Vanaf de zuidpool van Enceladus lopen barsten in het ijs. Foto NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini Imaging Team

Rond de zuidpool van de ijzige Saturnusmaan Enceladus zijn lange evenwijdige strepen te zien – een uniek verschijnsel in ons zonnestelsel. Nieuw onderzoek verklaart hun ontstaan én waarom ze op andere ijsmanen ontbreken.

Ondanks zijn middellijn van slechts vijfhonderd kilometer behoort Enceladus tot de meest ‘actieve’ hemellichamen van ons zonnestelsel. Getijdenkrachten zorgen ervoor dat zijn inwendige niet door en door bevroren is. Hierdoor is er onder zijn ijskorst een ‘oceaan’ van vloeibaar water ontstaan. Op sommige plekken kan dat water zelfs ontsnappen.

Dit laatste gebeurt vreemd genoeg alleen rond de zuidpool van Enceladus, waar ook een opvallend regelmatig streeppatroon te zien is. Deze ‘tijgerstrepen’ zijn het gevolg van de uitstoot van water, dat via spleten in de ijskorst naar buiten treedt.

De tijgerstrepen werden begin 2005 voor het eerst opgemerkt op beelden die de ruimtesonde Cassini naar de aarde zond. Elke streep bestaat uit een centrale breuk met aan weerszijden een heuvelrug. De structuren zijn gemiddeld 130 kilometer lang, twee kilometer breed en vijfhonderd meter diep. Ze liggen evenwijdig naast elkaar, op onderlinge afstanden van 35 kilometer.

De regelmaat van dit streeppatroon vraagt om een verklaring, en een team onder leiding van Douglas Hemingway van het Carnegie Institution for Science in Washington denkt die nu gevonden te hebben. Met behulp van modelberekeningen laten de planeetwetenschappers zien dat het patroon een gevolg is van trekspanningen in de ijskorst.

Parallel lopende spleten

De inwendige opwarming van Enceladus ontstaat doordat zijn omloopbaan om Saturnus niet cirkelvormig is, maar enigszins elliptisch. Het ene moment is hij wat verder van de planeet verwijderd dan het andere. Als gevolg daarvan wordt de ijsmaan met tussenpozen uitgerekt: in beginsel hetzelfde effect dat eb en vloed op aarde veroorzaakt. Deze getijden veroorzaken wrijving, en daarbij komt warmte vrij.

Omdat de ellipticiteit van de omloopbaan van Enceladus geleidelijke variaties vertoont, is de opwarming van zijn inwendige niet altijd even sterk. En dat is van invloed op de dikte van zijn ijskorst. Tijdens een periode van afkoeling groeit de ijskorst van onderaf aan, en loopt de tegendruk van de onderliggende oceaan zodanig op dat het ijs uiteindelijk open splijt.

Dit proces begint bij een van de polen, waar de krachten die Enceladus doen vervormen de grootste uitwerking hebben. Daar is de ijskorst het dunst. Zodra het ijs bij een van de polen breekt, ontspant de korst voldoende om de andere pool te ontlasten. Vandaar dat maar één pool tijgerstrepen vertoont. Dat dit de zuidpool is, is volgens Hemingway en collega’s louter toeval. Het had net zo goed de noordpool kunnen zijn.

Zodra zich eenmaal een eerste barst in het ijs heeft gevormd, ontstaan er vanzelf méér. Door het naar buiten spuitende water vormen zich aan weerszijden van de spleet namelijk ruggen van ijs en sneeuw. De aangrenzende korst bezwijkt onder het gewicht daarvan.

In hun maandag in Nature Astronomy gepubliceerde onderzoeksverslag laten de planeetwetenschappers zien dat dit proces in een reeks parallel lopende spleten resulteert. Hun onderlinge afstand is afhankelijk van de dikte van de ijskorst. Bij een dikte van negen kilometer – de geschatte dikte van de ijskorst aan de zuidpool van Enceladus – kom je dan uit op een spleetafstand van 35 kilometer.

Ook dat de andere, grotere ijsmanen in ons zonnestelsel géén tijgerstrepen vertonen is volgens de auteurs verklaarbaar. Hun grotere zwaartekracht voorkomt dat de ijskorst verderop volledig kan opensplijten.