Simulace to naznačují SaturnMěsíc Enceladus vyhazuje méně ledu do vesmíru, než se dříve odhadovalo.
V 16. století Astronomové Christian Huygens a Giovanni Cassini zaměřili své dalekohledy na Saturn a udělali průkopnický objev. Zdálo se, že kolem planety se zdálo, že zářící pásy nebyly vůbec pevné struktury, ale obrovské prsteny tvořené z nespočetných menších oblouků.
O stovky let později, NASAMise Cassini-Huygens (Cassini) přinesla tento průzkum na zcela novou úroveň. Počínaje rokem 2005 kosmická loď zachytila nepřetržitý proud výrazných obrazů, které přetvořily vědecké znalosti Saturn a jeho měsíců. Jedním z jeho nejpozoruhodnějších nálezů bylo na Enceladus, zmrazeném světě, kde obrovské gejzíry střílejí do vesmíru ledové částice a vytvářejí slabý prsten, který obléká planetu.
Nyní vědci v Texasu Advanced Computing Center (TACC) použili data Cassini v pokročilých modelech superpočítače k upřesnění odhadů, kolik ledových enconeladus vysune do vesmíru. Tyto nové výsledky jsou důležité pro pochopení aktivity Měsíce a povedou také budoucí robotické mise, které mohou jednoho dne sondovat jeho skrytý podpovrchový oceán, potenciální stanoviště pro život.
„Hmotné průtoky z Enceladus jsou o 20 až 40 procent nižší než to, co najdete ve vědecké literatuře,“ řekl Arnaud Mahieux, vedoucí výzkumný pracovník Královského belgického institutu pro vesmírnou aeromii a přidružený oddělení UT Austin Department of Aerospace Engineering & Engineering Mechanics.
Superpočítače na enceladus
Mahieux je odpovídajícím autorem výpočetní studie Enceladus nedávno zveřejněné v Journal of Geophysical Research: Planets. V něm a jeho kolegové vyvinuli modely přímé simulace Monte Carlo (DSMC), které zlepšují porozumění struktuře a chování obrovských oblaků vodní páry a ledových částic, které se na povrchu Enceladus vyhýbají.
Tato studie staví na předchozí práci Publikováno V roce 2019 a vedená Mahieuxem, který poprvé použil modely DSMC k odvození počátečních podmínek, které vytvářejí ledové oblaky, jako je velikost větracího otvoru, poměr vodní páry k ledovým zrnům, teplota a rychlost výstupu.
„Simulace DSMC jsou velmi drahé,“ řekl Mahieux. „V roce 2015 jsme použili superpočítače TACC, abychom získali parametrizace, abychom zkrátili výpočetní dobu z 48 hodin a pak na několik milisekund.“
Odhalení Enceladusových tajemství
Pomocí matematických parametrizací vědci vypočítali hustotu a rychlost Enceladusových kryovolcanických oblaků a nakreslili se z dat, které se Cassini shromáždily, když je letěly přímo skrz ně.
„Hlavním zjištěním naší nové studie je, že pro 100 kryovolcanických zdrojů bychom mohli omezit hmotnostní průtoky a další parametry, které nebyly odvozeny dříve, jako je teplota, při které materiál vystupoval. Je to velký krok vpřed v porozumění tomu, co se děje na Enceladus,“ řekl Mahieux.
Enceladus je malý svět, jen 313 mil napříč, jehož slabá gravitace nemůže zadržet ledové trysky vybuchující z jeho otvorů. To je správně zohledněno v těchto modelech DSMC. Dřívější přístupy byly méně sofistikované v jejich fyzice a dynamice plynu než náš model DSMC. To, co Enceladus dělá, je podobné sopce vrhující lávu do vesmíru – kromě ejekta jsou oblaky vodní páry a ledu.
Simulace modelují, jak se plyn v oblaku pohybuje na mikroúrovni, kde se částice pohybují, srazí a vyměňují si energii, jako jsou kuličky, které se navzájem zasáhly do hry. Několik milionů molekul je simulováno na mikrosekundových časových krocích a modely DSMC umožňují výpočty při nižším, realističtějším tlaku než dříve, s delší dobou cestování mezi kolizemi.
David Goldstein, profesor a spoluautor studie UT Austin, vedl vývoj v roce 2011 kódu DSMC s názvem Planet. TACC udělil alokaci Goldsteinu na superpočítače Lonestar6 a Stampede3 prostřednictvím Portálu Cyberrinfrastructure University of Texas Research, který podporuje vědce ve všech 14 systémových institucích UT.
„Systémy TACC mají skvělou architekturu, která nabízí velkou flexibilitu,“ řekl Mahieux. „Pokud používáme kód DSMC jen na notebooku, mohli bychom simulovat jen malé domény. Díky TACC můžeme simulovat z povrchu Enceladus až 10 kilometrů nadmořské výšky, kde se oblaky expandují do vesmíru.“
Ledové měsíce a skryté oceány
Saturn přebývá nad rámec toho, co astronomové nazývají „sněhovou linií“ ve sluneční soustavě a spojují další planety s ledovými měsíci, jako jsou Jupiter, Urana Neptune.
„Pod těmito“ velkými koulemi ledu je oceán tekuté vody, „řekl Mahieux. „To je mnoho dalších světů, kromě Země, které mají tekutý oceán. Plumy v Enceladus otevírají okno podzemním podmínkám.“
NASA a Evropská kosmická agentura plánují budoucí mise, aby se znovu uvědomily Enceladuse, s ambicemi, které jdou daleko za flybyy. Mezi návrhy patří přistání na povrchu Měsíce a vrtání skrz jeho kůru, aby se sondovala oceán dole, hledání známek života skryté pod mil ledu. Pochopení a měření obsahu chorob Enceladus nám dává způsob, jak skutečně měřit to, co se děje pod povrchem, aniž by vrtání ledem.
„Superpočítače nám mohou dát odpovědi na otázky, které jsme nemohli snít, abychom se zeptali ani před 10 nebo 15 lety,“ řekl Mahieux. „Nyní se můžeme mnohem přiblížit simulaci toho, co příroda dělá.“
Reference: „Modelování vodního oblaku Enceladus pomocí DSMC“ od A. Mahieux, DB Goldstein, PL Varghese, LM Trafton, G. Portyankina, LW Esposito, ME Perry, JH WAITE, BS Southworth a S. Kempf, 29. srpna 2025. Journal of Geophysical Research: Planets.
Doi: 10.1029/2025Je009008
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google, Objevita Zprávy.
