Simulasi menunjukkan itu SaturnusMoon Enceladus mengeluarkan lebih sedikit es ke ruang angkasa dari yang diperkirakan sebelumnya.
Pada 1600 -an, para astronom Christian Huygens dan Giovanni Cassini mengarahkan teleskop mereka di Saturnus dan membuat penemuan inovatif. Apa yang tampaknya adalah pita -pita yang bersinar di sekitar planet ini bukanlah struktur yang solid sama sekali, tetapi cincin besar yang terdiri dari busur kecil yang tak terhitung jumlahnya.
Ratusan tahun kemudian, NASAMisi Cassini-Huygens (Cassini) membawa eksplorasi ini ke tingkat yang sama sekali baru. Mulai tahun 2005, pesawat ruang angkasa menangkap aliran gambar -gambar yang terus menerus yang membentuk kembali pengetahuan ilmiah Saturnus dan bulan -bulannya. Salah satu temuannya yang paling luar biasa adalah pada Enceladus, dunia beku di mana geyser besar menembak partikel es ke luar angkasa, menciptakan cincin samar yang mengelilingi planet ini.
Sekarang, para peneliti di Texas Advanced Computing Center (TACC) telah menggunakan data Cassini dalam model superkomputer canggih untuk menyempurnakan perkiraan berapa banyak Ice Enceladus yang keluar ke luar angkasa. Hasil baru ini penting untuk memahami aktivitas bulan dan juga akan memandu misi robot masa depan yang suatu hari nanti dapat menyelidiki lautan bawah permukaan yang tersembunyi, habitat potensial seumur hidup.
“Laju aliran massa dari Enceladus antara 20 hingga 40 persen lebih rendah dari apa yang Anda temukan dalam literatur ilmiah,” kata Arnaud Mahiux, seorang peneliti senior di Royal Belgia Institute for Space Aeronomy dan afiliasi dari Departemen Austin dari Mekanika Teknik Aerospace & Engineering.
Superkomputer ke Enceladus
Mahieux adalah penulis yang sesuai dari studi komputasi Enceladus yang baru -baru ini diterbitkan di Jurnal Penelitian Geofisika: Planet. Di dalamnya, ia dan rekannya mengembangkan simulasi langsung Monte Carlo (DSMC) model yang meningkatkan pemahaman tentang struktur dan perilaku bulu -bulu besar uap air dan partikel es yang dikeluarkan oleh ventilasi pada permukaan enceladus.
Studi ini dibangun berdasarkan karya sebelumnya yang diterbitkan pada tahun 2019 dan dipimpin oleh Mahieux yang pertama kali menggunakan model DSMC untuk memperoleh kondisi awal yang menciptakan bulu -bulu es, seperti ukuran ventilasi, rasio uap air terhadap biji -bijian es, suhu, dan kecepatan keluar.
“Simulasi DSMC sangat mahal,” kata Mahieux. “Kami menggunakan superkomputer TACC kembali pada tahun 2015 untuk mendapatkan parameterisasi untuk mengurangi waktu perhitungan dari 48 jam kemudian menjadi hanya beberapa milidetik sekarang.”
Mengungkapkan rahasia Enceladus
Menggunakan parameterisasi matematika, para peneliti menghitung kepadatan dan kecepatan bulu cryovolcanic Enceladus, menggambar pada data Cassini yang dikumpulkan saat terbang langsung melalui mereka.
“Temuan utama dari penelitian baru kami adalah bahwa untuk 100 sumber cryovolcanic, kami dapat membatasi laju aliran massa dan parameter lain yang tidak diturunkan sebelumnya, seperti suhu di mana bahan itu keluar. Ini adalah langkah besar ke depan dalam memahami apa yang terjadi pada Enceladus,” kata Mahiuux.
Enceladus adalah dunia kecil, hanya 313 mil, yang gravitasi yang lemah tidak dapat menahan jet es yang meletus dari ventilasi. Ini diperhitungkan dengan benar dalam model DSMC ini. Pendekatan sebelumnya kurang canggih dalam dinamika fisika dan gas mereka daripada model DSMC kami. Apa yang dilakukan Enceladus adalah mirip dengan lava gunung berapi ke luar angkasa – kecuali ejecta adalah gumpalan uap air dan es.
Simulasi memodelkan bagaimana gas dalam bulu bergerak pada tingkat mikro, di mana partikel bergerak, bertabrakan, dan bertukar energi seperti kelereng yang saling memukul dalam permainan. Beberapa juta molekul disimulasikan pada langkah waktu mikrodetik, dan model DSMC memungkinkan perhitungan pada tekanan yang lebih rendah, lebih realistis dari sebelumnya, dengan waktu perjalanan yang lebih lama antara tabrakan.
David Goldstein, profesor UT Austin dan rekan penulis studi, memimpin pengembangan pada 2011 kode DSMC yang disebut Planet. TACC memberikan alokasi Goldstein pada superkomputer Lonestar6 dan Stampede3 melalui Portal University of Texas Research CyberInfrastructure, yang mendukung para peneliti di semua 14 lembaga sistem UT.
“Sistem TACC memiliki arsitektur yang luar biasa yang menawarkan banyak fleksibilitas,” kata Mahieux. “Jika kami menggunakan kode DSMC hanya pada laptop, kami hanya bisa mensimulasikan domain kecil. Berkat TACC, kami dapat mensimulasikan dari permukaan Enceladus hingga 10 kilometer ketinggian, di mana bulu -bulu mengembang ke ruang angkasa.”
Bulan dingin dan lautan tersembunyi
Saturnus tinggal di luar apa yang oleh para astronom disebut sebagai ‘garis salju’ di tata surya, bergabung dengan planet lain dengan bulan dingin seperti Jupiter, UranusDan Neptunus.
“Ada lautan air cair di bawah ‘bola es besar ini,’” kata Mahieux. “Ini adalah banyak dunia lain, selain bumi, yang memiliki lautan cair. Gumpalan di Enceladus membuka jendela ke kondisi bawah tanah.”
NASA dan Badan Antariksa Eropa sedang merencanakan misi masa depan untuk meninjau kembali Enceladus, dengan ambisi yang jauh melampaui flybys. Proposal termasuk mendarat di permukaan bulan dan mengebor keraknya untuk menyelidiki lautan di bawah, pencarian tanda -tanda kehidupan yang tersembunyi di bawah bermil -mil es. Memahami dan mengukur kandungan bulu enceladus memberi kita cara untuk benar -benar mengukur apa yang terjadi di bawah permukaan tanpa mengebor es.
“Superkomputer dapat memberi kami jawaban atas pertanyaan yang tidak dapat kami impikan bahkan 10 atau 15 tahun yang lalu,” kata Mahieux. “Kita sekarang bisa lebih dekat untuk mensimulasikan apa yang dilakukan alam.”
Referensi: “Pemodelan Plume Air Enceladus Menggunakan DSMC” oleh A. Mahieux, DB Goldstein, Pl Varghese, LM Trafton, G. Portyankina, LW Esposito, Me Perry, JH Waite, BS Southworth dan S. Kempf, 29 Agustus 2025, Jurnal Penelitian Geofisika: Planet.
Doi: 10.1029/2025je009008
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di google, temukan, dan berita.
BN Nasional
