Encélado

Encélado fue descubierto por William Herschel el 28 de agosto de 1789, durante el primer uso de su nuevo telescopio de 1,2 m (47 pulgadas) y 40 pies , entonces el más grande del mundo, en Observatory House en Slough , Inglaterra. ^{[ 19 ] [ 37 ]} Su débil magnitud aparente ( H _V = +11,7) y su proximidad al mucho más brillante Saturno y los anillos de Saturno hacen que Encélado sea difícil de observar desde la Tierra con telescopios más pequeños. Al igual que muchos satélites de Saturno descubiertos antes de la Era Espacial , Encélado fue observado por primera vez durante un equinoccio saturniano, cuando la Tierra está dentro del plano de los anillos. En tales momentos, la reducción del brillo de los anillos hace que las lunas sean más fáciles de observar. ^{[ 38 ]} Antes de las misiones Voyager la vista de Encélado mejoró poco con respecto al punto observado por primera vez por Herschel. Solo se conocían sus características orbitales, con estimaciones de su masa , densidad y albedo .  

Encélado recibe su nombre del gigante Encélado de la mitología griega . ^{[ 1 ]} El nombre, al igual que los nombres de cada uno de los primeros siete satélites de Saturno que se descubrieron, fue sugerido por John Herschel, hijo de William Herschel, en su publicación de 1847, Resultados de las observaciones astronómicas realizadas en el Cabo de Buena Esperanza . ^{[ 39 ]} Eligió estos nombres porque Saturno , conocido en la mitología griega como Cronos , era el líder de los Titanes .

Las características geológicas de Encélado son nombradas por la Unión Astronómica Internacional (IAU) en honor a personajes y lugares de la traducción de Richard Francis Burton de 1885 de Las mil y una noches . ^{[ 40 ]} Los cráteres de impacto reciben nombres de personajes, mientras que otros tipos de características, como fosas (depresiones largas y estrechas), dorsales (crestas), planicias ( llanuras ), surcos (surcos largos y paralelos) y rupes (acantilados), reciben nombres de lugares. La IAU ha nombrado oficialmente 85 características en Encélado, la más reciente, Samaria Rupes, anteriormente llamada Samaria Fossa. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

En la literatura astronómica, las lunas de otros planetas, además de la Tierra, nunca recibieron símbolos. Denis Moskowitz, ingeniero de software que diseñó la mayoría de los símbolos de los planetas enanos , propuso una épsilon griega (la inicial de Encélado) combinada con el arco del símbolo de Saturno como símbolo de Encélado ( ). Este símbolo no se usa ampliamente. ^{[ 43 ]}

Se ha demostrado que las columnas de Encélado, cuya composición es similar a la de los cometas, ^{[ 26 ]} son ​​la fuente del material del anillo E de Saturno . ^{[ 24 ]} El anillo E es el anillo más ancho y externo de Saturno (excepto el tenue anillo de Febe ). Es un disco extremadamente ancho pero difuso de material microscópico helado o polvoriento distribuido entre las órbitas de Mimas y Titán . ^{[ 47 ]}

Los modelos matemáticos muestran que el anillo E es inestable, con una vida útil de entre 10 000 y 1 millón de años; por lo tanto, las partículas que lo componen deben reponerse constantemente. ^{[ 48 ]} Encélado orbita dentro del anillo, en su punto más estrecho pero de mayor densidad. En la década de 1980, algunos astrónomos sospecharon que Encélado es la principal fuente de partículas para el anillo. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]} Esta hipótesis fue confirmada por los dos primeros sobrevuelos cercanos de Cassini en 2005. ^{[ 53 ] [ 54 ]}

El Analizador de Polvo Cósmico (CDA) "detectó un gran aumento en el número de partículas cerca de Encélado", confirmándolo como la fuente principal del  anillo E. ^{[ 53 ]} El análisis de los datos del CDA y del INMS sugiere que la nube de gas que Cassini atravesó durante el encuentro de julio, y que fue observada a distancia con su magnetómetro y UVIS, era en realidad una columna criovolcánica rica en agua, originada en chimeneas cercanas al polo sur. ^{[ 55 ]}

La confirmación visual de la emisión llegó en noviembre de 2005, cuando Cassini fotografió chorros de partículas heladas similares a géiseres que se elevaban desde la región polar sur de Encélado. ^{[ 6 ] [ 25 ]} (Aunque la columna ya había sido fotografiada antes, en enero y febrero de 2005, se requirieron estudios adicionales de la respuesta de la cámara en ángulos de fase elevados, cuando el Sol está casi detrás de Encélado, y una comparación con imágenes equivalentes de ángulos de fase elevados tomadas de otros satélites de Saturno, antes de que esto pudiera confirmarse. ^{[ 56 ]} )

Encélado es un satélite relativamente pequeño compuesto de hielo y roca. ^{[ 57 ]} Tiene forma de elipsoide escaleno; sus diámetros, calculados a partir de imágenes tomadas por el instrumento ISS (Subsistema de Ciencias de Imágenes) de Cassini, son 513 km entre los polos subsaturniano y antisaturniano, 503 km entre los hemisferios anterior y posterior, y 497 km entre los polos norte y sur. ^{[ 6 ]}

Encélado tiene solo una séptima parte del diámetro de la Luna . Ocupa el sexto lugar tanto en masa como en tamaño entre los satélites de Saturno, después de Titán ( 5150 km ), Rea ( 1530 km ), Jápeto ( 1440 km ), Dione ( 1120 km ) y Tetis ( 1050 km ). ^{[ 58 ] [ 59 ]}

Antes de la misión Cassini , se sabía poco sobre el interior de Encélado. Sin embargo, los sobrevuelos de Cassini proporcionaron información para los modelos del interior de Encélado, incluyendo una mejor determinación de la masa y la forma, observaciones de alta resolución de la superficie y nuevas perspectivas sobre el interior. ^{[ 60 ] [ 61 ]}

Las estimaciones iniciales de masa de las misiones del programa Voyager sugirieron que Encélado estaba compuesto casi en su totalidad de hielo de agua. ^{[ 62 ]} Sin embargo, basándose en los efectos de la gravedad de Encélado sobre Cassini , se determinó que su masa era mucho mayor de lo que se pensaba anteriormente, dando como resultado una densidad de 1,61 g /cm³ ^. [ ^{6 ] Esta} densidad es mayor que la de otros satélites helados de tamaño mediano de Saturno, lo que indica que Encélado contiene un mayor porcentaje de silicatos y hierro .

Castillo, Matson et al. (2005) sugirieron que Jápeto y los demás satélites helados de Saturno se formaron relativamente rápido después de la formación de la subnebulosa saturniana, y por lo tanto eran ricos en radionúclidos de corta vida. ^{[ 63 ] [ 64 ]} Estos radionúclidos, como el aluminio-26 y el hierro-60 , tienen vidas medias cortas y producirían un calentamiento interno relativamente rápido. Sin la variedad de corta vida, el complemento de radionúclidos de larga vida de Encélado no habría sido suficiente para evitar la congelación rápida del interior, incluso con la fracción de masa rocosa comparativamente alta de Encélado, dado su pequeño tamaño. ^{[ 65 ]}

Dada la fracción de masa rocosa relativamente alta de Encélado, el aumento propuesto de ²⁶ Al y ⁶⁰ Fe daría como resultado un cuerpo diferenciado , con un manto helado y un núcleo rocoso . ^{[ 64 ] [ 66 ]} El calentamiento radiactivo y mareal posterior elevaría la temperatura del núcleo a 1000 K, suficiente para fundir el manto interno. Para que Encélado siga activo, parte del núcleo también debe haberse fundido, formando cámaras magmáticas que se flexionarían bajo la tensión de las mareas de Saturno. El calentamiento mareal, como el de la resonancia con Dione o el de la libración , habría mantenido estos puntos calientes en el núcleo y alimentaría la actividad geológica actual. ^{[ 46 ] [ 67 ]}

Además de su masa y geoquímica modelada , los investigadores también han examinado la forma de Encélado para determinar si está diferenciado. Porco, Helfenstein et al. (2006) utilizaron mediciones de limbo para determinar que su forma, asumiendo equilibrio hidrostático , es consistente con un interior no diferenciado, en contradicción con la evidencia geológica y geoquímica. ^{[ 6 ]} Sin embargo, la forma actual también apoya la posibilidad de que Encélado no esté en equilibrio hidrostático y que haya rotado más rápido en algún momento del pasado reciente (con un interior diferenciado). ^{[ 66 ]} Las mediciones de gravedad de Cassini muestran que la densidad del núcleo es baja, lo que indica que el núcleo contiene agua además de silicatos. ^{[ 68 ]}

Océano subsuperficial

La evidencia de agua líquida en Encélado comenzó a acumularse en 2005, cuando los científicos observaron columnas que contenían vapor de agua que emanaban de su superficie polar sur, ^{[ 6 ] [ 69 ]} con chorros que movían 250  kg de vapor de agua cada segundo ^{[ 69 ]} a hasta 2189 km/h (1360 mph) hacia el espacio. ^{[ 70 ]} Poco después, en 2006, se determinó que las columnas de Encélado son la fuente del Anillo E de Saturno . ^{[ 6 ] [ 53 ]} Las fuentes de partículas saladas están distribuidas uniformemente a lo largo de las rayas de tigre , mientras que las fuentes de partículas "frescas" están estrechamente relacionadas con los chorros de gas de alta velocidad. Las partículas "saladas" son más pesadas y en su mayoría caen de nuevo a la superficie, mientras que las partículas "frescas" rápidas escapan al anillo E, lo que explica su composición pobre en sal de 0,5–2% de sales de sodio en masa. ^{[ 71 ]}  

Los datos gravimétricos de los sobrevuelos de Cassini en diciembre de 2010 mostraron que Encélado probablemente tiene un océano de agua líquida bajo su superficie congelada, pero en ese momento se pensaba que el océano subsuperficial se limitaba al polo sur. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 72 ]} La parte superior del océano probablemente se encuentra bajo una plataforma de hielo de 30 a 40 kilómetros de espesor (19 a 25 mi) . El océano puede tener 10 km (6,2 mi) de profundidad en el polo sur. ^{[ 27 ] [ 73 ]}   

Las mediciones del "bamboleo" de Encélado mientras orbita Saturno —llamado libración— sugieren que toda la corteza helada está separada del núcleo rocoso y, por lo tanto, que existe un océano global bajo la superficie. ^{[ 74 ]} La cantidad de libración (0,120° ± 0,014°) implica que este océano global tiene una profundidad de entre 26 y 31 kilómetros (16 a 19 millas) . ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]} En comparación, el océano de la Tierra tiene una profundidad media de 3,7 kilómetros. ^{[ 77 ]}

Composición

La sonda Cassini sobrevoló los penachos del sur en varias ocasiones para tomar muestras y analizar su composición. La composición salina de los penachos (-Na, -Cl, -CO₃ ₎ indica que la fuente es un océano subsuperficial salino . ^{[ 79 ]}

El instrumento INMS detectó principalmente vapor de agua , así como trazas de nitrógeno molecular , dióxido de carbono , ^{[ 17 ]} y cantidades traza de hidrocarburos simples como metano , propano , acetileno y formaldehído . ^{[ 80 ] [ 81 ]} La composición de las plumas, según lo medido por el INMS, es similar a la observada en la mayoría de los cometas. ^{[ 81 ]} Cassini también encontró trazas de compuestos orgánicos simples en algunos granos de polvo, ^{[ 71 ] [ 82 ]} así como compuestos orgánicos más grandes como benceno ( C₆ H₆ ), ^{[ 83 ]} y compuestos orgánicos macromoleculares complejos de hasta 200unidades de masa atómica, ^{[ 34 ] [ 84 ]} y de al menos 15 átomos de carbono de tamaño. ^{[ 85 ]}

El espectrómetro de masas detectó hidrógeno molecular (H₂ ₎ que se encontraba en "desequilibrio termodinámico" con los demás componentes, ^{[ 86 ]} y encontró trazas de amoníaco ( NH₃).₃ ). ^{[ 87 ]}

Un modelo sugiere que el océano salado de Encélado (-Na, -Cl, -CO₃ ₎ tiene un pH alcalino de 11 a 12. ^{[ 88 ] [ 89 ]} El alto pH se interpreta como consecuencia de la serpentinización de la roca condrítica, que conduce a la generación de H₂ _, una fuente geoquímica de energía que podría sustentar la síntesis abiótica y biológica de moléculas orgánicas como las que se han detectado en las plumas de Encélado. ^{[ 88 ] [ 90 ]}

En 2019 se realizó un análisis más exhaustivo de las características espectrales de los granos de hielo en las columnas de erupción de Encélado. El estudio reveló la probable presencia de aminas nitrogenadas y oxigenadas , con importantes implicaciones para la disponibilidad de aminoácidos en el océano interno. Los investigadores sugirieron que los compuestos de Encélado podrían ser precursores de compuestos orgánicos biológicamente relevantes. ^{[ 91 ] [ 92 ]}

Un artículo de 2025 informó sobre la detección de moléculas orgánicas en muestras de plumas tomadas por el Analizador de Polvo Cósmico. ^{[ 93 ]}

Durante el sobrevuelo del 14 de julio de 2005, el espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS) detectó una región cálida cerca del polo sur. Las temperaturas en esta región oscilaron entre 85 y 90 K, con pequeñas áreas que alcanzaron hasta 157 K (−116 °C) , demasiado cálidas para ser explicadas por el calentamiento solar, lo que indica que partes de la región polar sur se calientan desde el interior de Encélado. ^{[ 13 ]} Actualmente se acepta la presencia de un océano subsuperficial bajo la región polar sur, ^{[ 94 ]} pero esto no puede explicar la fuente del calor, con un flujo de calor estimado de 200 mW/m² ^, que es aproximadamente 10 veces mayor que el del calentamiento radiogénico únicamente. ^{[ 95 ]}   

Se han propuesto varias explicaciones para las temperaturas elevadas observadas y las columnas resultantes, incluyendo la ventilación de un depósito subterráneo de agua líquida, la sublimación del hielo, ^{[ 96 ]} la descompresión y disociación de clatratos y el calentamiento por cizallamiento, ^{[ 97 ]} pero aún no se ha establecido una explicación completa de todas las fuentes de calor que causan la producción de energía térmica observada de Encélado.

El calentamiento en Encélado se ha producido a través de diversos mecanismos desde su formación. La desintegración radiactiva en su núcleo puede haberlo calentado inicialmente, ^{[ 98 ]} dándole un núcleo cálido y un océano subsuperficial, que ahora se mantiene por encima del punto de congelación mediante mecanismos no identificados. Los modelos geofísicos indican que el calentamiento por mareas es una fuente principal de calor, posiblemente ayudado por la desintegración radiactiva y algunas reacciones químicas productoras de calor . ^{[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]} Un estudio de 2007 predijo que el calor interno de Encélado, si se generara por fuerzas de marea, no podría ser mayor de 1,1 gigavatios, ^{[ 103 ]} pero los datos del espectrómetro infrarrojo de Cassini del terreno polar sur durante 16 meses indican que la potencia generada por el calor interno es de aproximadamente 4,7 gigavatios, ^{[ 103 ]} y sugieren que está en equilibrio térmico. ^{[ 13 ] [ 104 ] [ 105 ]}

La potencia observada de 4,7 gigavatios es difícil de explicar únicamente por el calentamiento mareal, por lo que la principal fuente de calor sigue siendo un misterio. ^{[ 6 ] [ 99 ]} La mayoría de los científicos piensan que el flujo de calor observado de Encélado no es suficiente para mantener el océano subsuperficial y, por lo tanto, cualquier océano subsuperficial debe ser un remanente de un período de mayor excentricidad y calentamiento mareal, o bien el calor se produce a través de otro mecanismo. ^{[ 106 ] [ 107 ]}

La superficie de Encélado está cubierta de nieve depositada por sus géiseres. Alcanza varios cientos de metros de profundidad en la mayoría de los lugares, llegando a unos 700 metros en su punto más grueso. Su profundidad se puede estimar por cómo se hunde en las fisuras de la superficie. Para que tenga el grosor que tiene, sin estar más compactada, los géiseres debieron haber estado más activos recientemente que ahora. ^{[ 121 ]}

La formación de cráteres por impacto es un fenómeno común en muchos cuerpos del Sistema Solar. Gran parte de la superficie de Encélado está cubierta de cráteres con diferentes densidades y grados de degradación. ^{[ 122 ]} Esta subdivisión de terrenos craterizados según la densidad de cráteres (y, por lo tanto, la edad de la superficie) sugiere que la superficie de Encélado se ha renovado en múltiples etapas. ^{[ 119 ]}

Las observaciones de Cassini proporcionaron una visión mucho más detallada de la distribución y el tamaño de los cráteres, mostrando que muchos de los cráteres de Encélado están muy degradados por relajación viscosa y fracturación . ^{[ 123 ]} La relajación viscosa permite que la gravedad, en escalas de tiempo geológicas, deforme los cráteres y otras características topográficas formadas en el hielo de agua, reduciendo la cantidad de topografía con el tiempo. La velocidad a la que esto ocurre depende de la temperatura del hielo: el hielo más caliente es más fácil de deformar que el hielo más frío y rígido. Los cráteres con relajación viscosa tienden a tener fondos abovedados , o se reconocen como cráteres solo por un borde circular elevado. El cráter Dunyazad es un ejemplo destacado de un cráter con relajación viscosa en Encélado, con un prominente fondo abovedado. ^{[ 124 ]}

Voyager 2 encontró varios tipos de características tectónicas en Encélado, incluyendo fosas , escarpes y cinturones de surcos y crestas . ^{[ 62 ]} Los resultados de Cassini sugieren que la tectónica es el modo dominante de deformación en Encélado, incluyendo rifts, uno de los tipos de características tectónicas más espectaculares que se observaron. Estos cañones pueden tener hasta 200  km de largo, 5–10  km de ancho y 1  km de profundidad. Estas características son geológicamente jóvenes, porque atraviesan otras características tectónicas y tienen un relieve topográfico abrupto con afloramientos prominentes a lo largo de los acantilados. ^{[ 125 ]}

La evidencia de actividad tectónica en Encélado también se deriva del terreno acanalado, que consiste en franjas de surcos y crestas curvilíneas. Estas bandas, descubiertas por primera vez por la Voyager 2 , a menudo separan llanuras lisas de regiones craterizadas. ^{[ 62 ]} Los terrenos acanalados, como los surcos de Samarcanda, recuerdan al terreno acanalado de Ganímedes . A diferencia de los observados en Ganímedes, la topografía acanalada de Encélado es generalmente más compleja. En lugar de conjuntos paralelos de surcos, estas franjas a menudo aparecen como bandas de formaciones en forma de chevrón alineadas de manera tosca. ^{[ 123 ]}

En otras áreas, estas bandas se curvan hacia arriba con fracturas y crestas que recorren toda la longitud de la formación. Las observaciones de Cassini en los surcos de Samarcanda han revelado manchas oscuras (de 125 y 750 m de ancho) ubicadas paralelamente a las estrechas fracturas. Actualmente, estas manchas se interpretan como fosas de colapso dentro de estas franjas planas con crestas. ^{[ 123 ]}

Además de profundas fracturas y surcos, Encélado presenta otros tipos de terreno tectónico. Muchas de estas fracturas se encuentran en bandas que atraviesan terrenos craterizados. Es probable que estas fracturas se propaguen solo unos cientos de metros hacia la corteza. Muchas probablemente se vieron influenciadas durante su formación por el regolito debilitado producido por los cráteres de impacto, lo que a menudo modificó la dirección de la fractura en propagación. ^{[ 123 ] [ 126 ]}

Otro ejemplo de características tectónicas en Encélado son los surcos lineales descubiertos por primera vez por la Voyager 2 y observados con mucha mayor resolución por Cassini . Estos surcos lineales pueden verse atravesando otros tipos de terreno, como los cinturones de surcos y crestas. Al igual que las profundas grietas, se encuentran entre las características más recientes de Encélado. Sin embargo, algunos surcos lineales se han suavizado, al igual que los cráteres cercanos, lo que sugiere que son más antiguos. También se han observado crestas en Encélado, aunque no en la misma extensión que las observadas en Europa . Estas crestas tienen una extensión relativamente limitada y alcanzan hasta un kilómetro de altura. También se han observado domos de un kilómetro de altura. ^{[ 123 ]} Dado el nivel de renovación superficial encontrado en Encélado, es evidente que el movimiento tectónico ha sido un importante motor de la geología durante gran parte de su historia. ^{[ 125 ]}

Dos regiones de llanuras lisas fueron observadas por Voyager 2. Generalmente tienen un relieve bajo y muchos menos cráteres que en los terrenos craterizados, lo que indica una edad superficial relativamente joven. ^{[ 122 ]} En una de las regiones de llanuras lisas, Sarandib Planitia , no se observaron cráteres de impacto hasta el límite de resolución. Otra región de llanuras lisas al suroeste de Sarandib está entrecruzada por varias hondonadas y escarpes. Cassini ha observado desde entonces estas regiones de llanuras lisas, como Sarandib Planitia y Diyar Planitia, con una resolución mucho mayor. Las imágenes de Cassini muestran estas regiones llenas de crestas y fracturas de bajo relieve, probablemente causadas por deformación por cizallamiento . ^{[ 123 ]} Las imágenes de alta resolución de Sarandib Planitia revelaron una serie de pequeños cráteres de impacto, que permiten estimar la edad de la superficie, ya sea 170 millones de años o 3.700 millones de años, dependiendo de la población de impactores supuesta. ^{[ 6 ] [ b ]}

La mayor cobertura de la superficie proporcionada por Cassini ha permitido identificar regiones adicionales de llanuras lisas, particularmente en el hemisferio frontal de Encélado (el lado de Encélado que mira en la dirección de su movimiento al orbitar Saturno). En lugar de estar cubierta de crestas de bajo relieve, esta región está cubierta de numerosos conjuntos de valles y crestas entrecruzadas, similares a la deformación observada en la región polar sur. Esta área se encuentra en el lado opuesto de Encélado con respecto a Sarandib y Diyar Planitiae, lo que sugiere que la ubicación de estas regiones está influenciada por las mareas de Saturno sobre Encélado. ^{[ 127 ]}

Las imágenes tomadas por Cassini durante el sobrevuelo del 14 de julio de 2005 revelaron una región distintiva, deformada tectónicamente, que rodea el polo sur de Encélado. Esta área, que se extiende hasta los 60° de latitud sur, está cubierta de fracturas y crestas tectónicas. ^{[ 6 ] [ 128 ]} El área tiene pocos cráteres de impacto de tamaño considerable, lo que sugiere que es la superficie más joven de Encélado y de cualquiera de los satélites helados de tamaño mediano. El modelado de la tasa de craterización sugiere que algunas regiones del terreno del polo sur son posiblemente tan jóvenes como 500 000 años o menos. ^{[ 6 ]}

Cerca del centro de este terreno hay cuatro fracturas delimitadas por crestas, llamadas extraoficialmente " rayas de tigre ". ^{[ 129 ]} Parecen ser las características más jóvenes de esta región y están rodeadas de hielo de agua de grano grueso de color verde menta (en falso color, imágenes UV-verde-infrarrojo cercano), que se observa en otras partes de la superficie dentro de afloramientos y paredes de fracturas. ^{[ 128 ]} Aquí el hielo "azul" está sobre una superficie plana, lo que indica que la región es lo suficientemente joven como para no haber sido cubierta por hielo de agua de grano fino del anillo E. ^{[ 104 ]}

Los resultados del espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo (VIMS) sugieren que el material de color verde que rodea las rayas de tigre es químicamente distinto del resto de la superficie de Encélado. El VIMS detectó hielo de agua cristalina en las rayas, lo que sugiere que son bastante jóvenes (probablemente menos de 1000 años) o que el hielo superficial se ha alterado térmicamente en el pasado reciente. ^{[ 104 ]} El VIMS también detectó compuestos orgánicos simples (que contienen carbono) en las rayas de tigre, una química que no se ha encontrado en ningún otro lugar de Encélado hasta el momento. ^{[ 130 ]}

Una de estas áreas de hielo "azul" en la región polar sur fue observada a alta resolución durante el sobrevuelo del 14 de julio de 2005, revelando un área de extrema deformación tectónica y terreno en bloques, con algunas áreas cubiertas de cantos rodados de 10 a 100 m de diámetro. ^{[ 131 ]}

El límite de la región polar sur está marcado por un patrón de crestas y valles paralelos, en forma de Y y de V. La forma, orientación y ubicación de estas características sugieren que son causadas por cambios en la forma general de Encélado. Hasta 2006, existían dos teorías sobre la posible causa de tal cambio de forma: la órbita de Encélado podría haberse desplazado hacia el interior, lo que habría provocado un aumento en su velocidad de rotación. Este desplazamiento habría dado lugar a una forma más achatada; ^{[ 6 ]} o bien, una masa ascendente de material cálido y de baja densidad en el interior de Encélado podría haber provocado un desplazamiento de la posición del terreno polar sur actual desde las latitudes medias australes de Encélado hasta su polo sur. ^{[ 127 ]}

En consecuencia, la forma elipsoidal de la luna se habría ajustado para coincidir con la nueva orientación. Un problema de la hipótesis del aplanamiento polar es que ambas regiones polares deberían tener historias de deformación tectónica similares. ^{[ 6 ]} Sin embargo, la región polar norte está densamente craterizada y tiene una edad superficial mucho mayor que el polo sur. ^{[ 122 ]} Las variaciones de espesor en la litosfera de Encélado son una explicación para esta discrepancia. Las variaciones en el espesor litosférico están respaldadas por la correlación entre las discontinuidades en forma de Y y las cúspides en forma de V a lo largo del margen del terreno polar sur y la edad superficial relativa de las regiones adyacentes del terreno no polar sur. Las discontinuidades en forma de Y, y las fracturas de tensión con orientación norte-sur en las que conducen, están correlacionadas con terrenos más jóvenes con litosferas presumiblemente más delgadas. Las cúspides en forma de V son adyacentes a terrenos más antiguos y con mayor cantidad de cráteres. ^{[ 6 ]}

penachos polares del sur

Después de los encuentros de Voyager con Encélado a principios de la década de 1980, los científicos postularon que era geológicamente activo basándose en su superficie joven y reflectante y su ubicación cerca del núcleo del  anillo E. ^{[ 62 ]} Basándose en la conexión entre Encélado y el  anillo E, los científicos sospecharon que Encélado era la fuente de material en el  anillo E, tal vez a través de la emisión de vapor de agua. ^{[ 49 ] [ 50 ]} El primer avistamiento de Cassini de una columna de partículas de hielo sobre el polo sur de Encélado provino de las imágenes del Subsistema de Ciencia de Imágenes (ISS) tomadas en enero y febrero de 2005, ^{[ 6 ]} aunque la posibilidad de un artefacto de la cámara retrasó un anuncio oficial.

Los datos del magnetómetro durante el encuentro del 17 de febrero de 2005 proporcionaron evidencia de una atmósfera planetaria. El magnetómetro observó una desviación o "envoltura" del campo magnético, consistente con la ionización local de gas neutro. ^{[ 15 ]} Durante los dos encuentros siguientes, el equipo del magnetómetro determinó que los gases en la atmósfera de Encélado están concentrados sobre la región polar sur, con una densidad atmosférica mucho menor lejos del polo. ^{[ 15 ]} A diferencia del magnetómetro, el espectrógrafo de imágenes ultravioleta no detectó una atmósfera sobre Encélado durante el encuentro de febrero cuando observó sobre la región ecuatorial, pero sí detectó vapor de agua durante una ocultación sobre la región polar sur durante el encuentro de julio. ^{[ 16 ]} Cassini voló a través de esta nube de gas en algunos encuentros, lo que permitió que instrumentos como el espectrómetro de masas de iones y neutros ( INMS ) y el analizador de polvo cósmico (CDA) muestrearan directamente la pluma. (Véase la sección 'Composición'). Las imágenes de noviembre de 2005 mostraron la fina estructura de la pluma, revelando numerosos chorros (quizás provenientes de numerosos respiraderos distintos) dentro de un componente más grande y tenue que se extendía casi 500 km (310 mi) desde la superficie. ^{[ 55 ]} Las partículas tienen una velocidad media de 1,25 ± 0,1 kilómetros por segundo (2800 ± 220 millas por hora ) [ ^{113 ]} y una velocidad máxima de 3,40 km/s (7600 mph) . ^{[ 132 ]} El UVIS de Cassini observó posteriormente chorros de gas que coincidían con los chorros de polvo vistos por ^la ISS durante un encuentro no dirigido con Encélado en octubre de 2007.        

El análisis combinado de imágenes, espectrometría de masas y datos magnetosféricos sugiere que la columna observada en el polo sur emana de cámaras subterráneas presurizadas, similares a los géiseres o fumarolas de la Tierra . ^{[ 6 ]} Las fumarolas son probablemente la analogía más cercana, ya que la emisión periódica o episódica es una propiedad inherente de los géiseres. Se observó que las columnas de Encélado eran continuas con una precisión de un factor de unas pocas. Se cree que el mecanismo que impulsa y mantiene las erupciones es el calentamiento por mareas. ^{[ 111 ]}

La intensidad de la erupción de los chorros polares del sur varía significativamente en función de la posición de Encélado en su órbita. Las columnas son aproximadamente cuatro veces más brillantes cuando Encélado está en el apoapsis (el punto de su órbita más alejado de Saturno) que cuando está en el periapsis . ^{[ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]} Esto es consistente con los cálculos geofísicos que predicen que las fisuras polares del sur están bajo compresión cerca del periapsis, empujándolas hacia el cierre, y bajo tensión cerca del apoapsis, tirando de ellas hacia el cierre. ^{[ 136 ]} La tectónica de deslizamiento lateral también puede impulsar la extensión localizada a lo largo de zonas transtensionales alternas (laterales izquierda y derecha) (por ejemplo, cuencas de separación ) sobre las Franjas del Tigre, regulando así la actividad de los chorros dentro de estas regiones. ^{[ 137 ]}

Gran parte de la actividad de la columna consiste en amplias erupciones con forma de cortina. Las ilusiones ópticas resultantes de una combinación de la dirección de observación y la geometría de las fracturas locales hacían que las columnas parecieran chorros discretos. ^{[ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]}

El alcance real del criovolcanismo es objeto de debate. En Encélado, parece que el criovolcanismo se produce porque las grietas llenas de agua se exponen periódicamente al vacío, abriéndose y cerrándose por las fuerzas de marea. ^{[ 136 ] [ 141 ] [ 142 ]}

Mimas , la más interna de las lunas redondas de Saturno y situada directamente en el interior de Encélado, es un cuerpo geológicamente muerto, a pesar de que debería experimentar fuerzas de marea más fuertes que Encélado. Esta aparente paradoja puede explicarse en parte por las propiedades dependientes de la temperatura del hielo de agua (el principal componente del interior de Mimas y Encélado). El calentamiento por marea por unidad de masa viene dado por la fórmula

${\displaystyle q_{tid}={\frac {63\rho n^{5}r^{4}e^{2}}{38\mu Q}},}$

donde ρ es la densidad (de masa) del satélite, n es su movimiento orbital medio, r es el radio del satélite, e es la excentricidad orbital del satélite, μ es el módulo de corte y Q es el factor de disipación adimensional . Para una aproximación de temperatura constante, el valor esperado de q _tid para Mimas es aproximadamente 40 veces mayor que el de Encélado. Sin embargo, los parámetros del material μ y Q dependen de la temperatura. A altas temperaturas (cercanas al punto de fusión), μ y Q son bajos, por lo que el calentamiento por mareas es alto. El modelado sugiere que para Encélado, tanto un estado térmico básico de baja energía con poco gradiente de temperatura interno, como un estado térmico excitado de alta energía con un gradiente de temperatura significativo y la consiguiente convección (actividad geológica endógena), una vez establecidos, serían estables. ^{[ 143 ]}

Para Mimas, solo se espera que un estado de baja energía sea estable, a pesar de su proximidad a Saturno. Por lo tanto, el modelo predice un estado de baja temperatura interna para Mimas (valores de μ y Q altos), pero un posible estado de mayor temperatura para Encélado (valores de μ y Q bajos). ^{[ 143 ]} Se necesita información histórica adicional para explicar cómo Encélado entró por primera vez en el estado de alta energía (por ejemplo, un calentamiento radiogénico mayor o una órbita más excéntrica en el pasado). ^{[ 144 ]}

La densidad significativamente mayor de Encélado en relación con Mimas (1,61 frente a 1,15 g/cm³ ⁾ , lo que implica un mayor contenido de roca y un calentamiento radiogénico más intenso en su historia temprana, también se ha citado como un factor importante para resolver la paradoja de Mimas. ^{[ 145 ]}

Se ha sugerido que para que un satélite helado del tamaño de Mimas o Encélado entrara en un «estado excitado» de calentamiento por mareas y convección, necesitaría entrar en una resonancia orbital antes de perder demasiado de su calor interno primordial. Dado que Mimas, al ser más pequeño, se enfriaría más rápidamente que Encélado, su ventana de oportunidad para iniciar la convección impulsada por resonancia orbital habría sido considerablemente más corta. ^{[ 146 ]}

Encélado está perdiendo masa a una tasa de 200  kg/segundo. Si la pérdida de masa a esta tasa continuara durante 4,5 mil millones de años, el satélite habría perdido aproximadamente el 30 % de su masa inicial. Se obtiene un valor similar al suponer que las densidades iniciales de Encélado y Mimas eran iguales. ^{[ 146 ]} Esto sugiere que la tectónica en la región polar sur probablemente esté relacionada principalmente con la subsidencia y la subducción asociada causadas por el proceso de pérdida de masa. ^{[ 147 ]}

En 2016, un estudio sobre cómo deberían haber cambiado las órbitas de las lunas de Saturno debido a los efectos de las mareas sugirió que todos los satélites de Saturno hacia el interior de Titán, incluyendo Encélado (cuya actividad geológica se utilizó para derivar la intensidad de los efectos de las mareas en los satélites de Saturno), podrían haberse formado hace tan solo 100 millones de años. ^{[ 148 ]} Un estudio posterior de 2019 estimó que el océano tiene alrededor de mil millones de años. ^{[ 149 ]}

El 13 de abril de 2017, la NASA anunció el descubrimiento de posible actividad hidrotermal en el fondo oceánico subsuperficial de Encélado. En 2015, la sonda Cassini realizó un sobrevuelo cercano al polo sur de Encélado, volando a 48,3 km (30,0 millas) de la superficie, y atravesando una columna de agua durante el proceso. Un espectrómetro de masas a bordo de la nave detectó hidrógeno molecular (H₂ ₎ en la columna, y tras meses de análisis, se concluyó que el hidrógeno era muy probablemente el resultado de actividad hidrotermal bajo la superficie. ^{[ 32 ]} Se ha especulado que dicha actividad podría ser un potencial oasis de habitabilidad. ^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ]}  

La presencia de abundante hidrógeno en el océano de Encélado implica que los microbios —si es que existen allí— podrían utilizarlo para obtener energía combinándolo con el dióxido de carbono disuelto en el agua . Esta reacción química se conoce como « metanogénesis » porque produce metano como subproducto y constituye la base del árbol de la vida en la Tierra , el origen de toda la vida conocida . ^{[ 172 ] [ 173 ]}

Las dos naves espaciales Voyager tomaron las primeras imágenes de cerca de Encélado. La Voyager 1 fue la primera en sobrevolar Encélado, a una distancia de 202 000  km el 12 de noviembre de 1980. ^{[ 174 ]} Las imágenes adquiridas desde esta distancia tenían una resolución espacial muy baja, pero revelaron una superficie altamente reflectante desprovista de cráteres de impacto, lo que indica una superficie joven. ^{[ 175 ]} La Voyager 1 también confirmó que Encélado estaba incrustado en la parte más densa del anillo E difuso de Saturno . Combinado con la apariencia aparentemente joven de la superficie, los científicos de la Voyager sugirieron que el anillo E consistía en partículas expulsadas de la superficie de Encélado. ^{[ 175 ]} En 2017, un reprocesamiento de las imágenes de partida de la sonda reveló una posible imagen previa a la recuperación de los penachos de Encélado. ^{[ 176 ]}

El Voyager 2 pasó más cerca de Encélado (87.010 km) el 26 de agosto de 1981, lo que permitió obtener imágenes de mayor resolución. ^{[ 174 ]} Estas imágenes mostraron una superficie joven. ^{[ 62 ]} También revelaron una superficie con diferentes regiones de edades superficiales muy distintas, con una región densamente craterizada en latitudes medias y altas del hemisferio norte, y una región con pocos cráteres más cerca del ecuador. Esta diversidad geológica contrasta con la superficie antigua y densamente craterizada de Mimas , otra luna de Saturno ligeramente más pequeña que Encélado. Los terrenos geológicamente jóvenes fueron una gran sorpresa para la comunidad científica, porque ninguna teoría era capaz entonces de predecir que un cuerpo celeste tan pequeño (y frío, comparado con la luna Io de Júpiter , altamente activa ) pudiera mostrar signos de tal actividad.

Las respuestas a muchos de los misterios que aún rodeaban a Encélado tuvieron que esperar hasta la llegada de la sonda Cassini el 1 de julio de 2004, cuando entró en órbita alrededor de Saturno. Dados los resultados de las imágenes de la Voyager 2 , Encélado fue considerado un objetivo prioritario por los planificadores de la misión Cassini , y se planificaron varios sobrevuelos dirigidos a menos de 1500  km de la superficie, así como numerosas oportunidades "no dirigidas" a menos de 100 000  km de Encélado. Los sobrevuelos han proporcionado información significativa sobre la superficie de Encélado, así como el descubrimiento de vapor de agua con trazas de hidrocarburos simples que emanan de la región polar sur, geológicamente activa. ^{[ 177 ]}

Estos descubrimientos impulsaron el ajuste del plan de vuelo de Cassini para permitir sobrevuelos más cercanos de Encélado, incluyendo un encuentro en marzo de 2008 que la llevó a 48 km de la superficie. ^{[ 177 ]} La misión extendida de Cassini incluyó siete sobrevuelos cercanos de Encélado entre julio de 2008 y julio de 2010, incluyendo dos pasos a solo 50 km en la segunda mitad de 2008. ^{[ 178 ]} Cassini realizó un sobrevuelo el 28 de octubre de 2015, pasando a tan solo 49 km (30 mi) y a través de una columna de humo. ^{[ 179 ]} Confirmación de hidrógeno molecular ( H    ₂ ) constituiría una línea de evidencia independiente de que se está produciendo actividad hidrotermal en el fondo marino de Encélado, aumentando su habitabilidad. ^{[ 90 ]}

Cassini ha aportado pruebas contundentes de que Encélado posee un océano con una fuente de energía, nutrientes y moléculas orgánicas, lo que convierte a Encélado en uno de los mejores lugares para el estudio de entornos potencialmente habitables para la vida extraterrestre. ^{[ 180 ] [ 181 ] [ 182 ]}

El 14 de diciembre de 2023, astrónomos informaron del primer descubrimiento, en las columnas de Encélado, de cianuro de hidrógeno , un posible compuesto químico esencial para la vida tal como la conocemos, así como de otras moléculas orgánicas , algunas de las cuales aún no se han identificado ni comprendido mejor. Según los investigadores, «estos compuestos [recién descubiertos] podrían potencialmente sustentar las comunidades microbianas existentes o impulsar la síntesis orgánica compleja que condujo al origen de la vida ». ^{[ 167 ] [ 168 ]}

Los descubrimientos que Cassini hizo en Encélado han impulsado estudios sobre conceptos de misiones posteriores, incluyendo Viaje a Encélado y Titán (JET), un sobrevuelo de sonda para analizar el contenido de la pluma in situ , ^{[ 183 ] [ 184 ]} Explorador de Encélado (EnEx), un módulo de aterrizaje financiado por el Centro Aeroespacial Alemán para estudiar el potencial de habitabilidad de su océano subsuperficial, ^{[ 185 ] [ 186 ] [ 187 ]} y dos conceptos de misiones orientadas a la astrobiología, el Buscador de Vida en Encélado (ELF) ^{[ 188 ] [ 189 ]} e Investigación de Vida para Encélado (LIFE). ^{[ 151 ] [ 180 ] [ 190 ] [ 191 ]}

La Agencia Espacial Europea (ESA) estaba evaluando conceptos en 2008 para enviar una sonda a Encélado en una misión que se combinaría con estudios de Titán: la Misión del Sistema Saturno-Titán (TSSM). ^{[ 192 ]} TSSM era una propuesta conjunta de la NASA / ESA de clase insignia para la exploración de las lunas de Saturno , con un enfoque en Encélado, y estaba compitiendo con la propuesta de la Misión del Sistema Júpiter-Europa (EJSM) por la financiación. En febrero de 2009, se anunció que la NASA/ESA había dado prioridad a la misión EJSM por encima de TSSM, ^{[ 193 ]} aunque TSSM continuará siendo estudiada y evaluada.

En noviembre de 2017, el multimillonario ruso Yuri Milner expresó interés en financiar una "misión de bajo costo, financiada con fondos privados, a Encélado que pueda lanzarse relativamente pronto". ^{[ 194 ] [ 195 ]} En septiembre de 2018, la NASA y Breakthrough Initiatives , fundada por Milner, firmaron un acuerdo de cooperación para la fase conceptual inicial de la misión. ^{[ 196 ]} La nave espacial sería de bajo costo, de baja masa y se lanzaría a alta velocidad en un cohete asequible. La nave espacial sería dirigida a realizar un único sobrevuelo a través de las columnas de Encélado para muestrear y analizar su contenido en busca de biofirmas . ^{[ 197 ] [ 198 ]} La NASA proporcionó experiencia científica y técnica a través de varias revisiones, desde marzo de 2019 hasta diciembre de 2019. ^{[ 199 ]}

En 2022, la Encuesta Decenal de Ciencias Planetarias de la Academia Nacional de Ciencias recomendó que la NASA priorizara su concepto de sonda más reciente, el Enceladus Orbilander , como una misión de clase insignia , junto con sus conceptos más recientes para una misión de retorno de muestras de Marte y el Orbitador y Sonda de Urano . El Enceladus Orbilander se lanzaría en un cohete igualmente asequible, pero costaría alrededor de 5 mil millones de dólares y estaría diseñado para permanecer dieciocho meses en órbita inspeccionando los penachos de Enceladus antes de aterrizar y pasar dos años terrestres realizando investigaciones de astrobiología de la superficie. ^{[ 200 ]}

En 2024, la ESA designó una misión a Encélado como su máxima prioridad. Actualmente conocida como la misión L4 , se trata de un orbitador y un módulo de aterrizaje propuestos para su lanzamiento en 2042, con llegada a Encélado en 2053. ^{[ 201 ]}