スーパーコンピュータを使用した新しいシミュレーションにより、土星の衛星エンケラドスは、以前の推定よりも20〜40パーセント少ない質量を氷のプルームから失っていることが示された。テキサス大学オースティン校の研究者たちは、NASAのカッシーニミッションのデータを分析してプルームの挙動をモデル化。これらの発見は、将来のミッションが衛星の地下海洋を探査して生命の兆候を探す際に役立つ可能性がある。
エンケラドスは、土星の氷の衛星の一つで、2005年にNASAのカッシーニ-ホイヘンスミッションが観測を開始して以来、科学者たちを魅了してきました。宇宙船は、月面から噴出する巨大な間欠泉の画像を捉え、水蒸気と氷の粒子を宇宙に放出し、土星の周りに薄い環を形成しました。
最近の研究は、2025年8月にJournal of Geophysical Research: Planetsに掲載され、高度な直接シミュレーション・モンテカルロ（DSMC）モデルを使用してこれらのプルームを分析しました。ベルギー王立宇宙気象学研究所の上級研究者で、テキサス大学オースティン校の航空宇宙工学・工学力学部門の提携研究者であるArnaud Mahieuxが主導し、テキサス高等計算センター（TACC）で行われました。
「エンケラドスからの質量流量は、科学文献で見つかるものよりも20〜40パーセント低い」とMahieuxは述べました。チームは2019年の研究を基に、DSMC手法を初めて適用してプルームの開始条件（ベントサイズ、蒸気対氷の比率、温度、脱出速度など）を決定しました。TACCのLonestar6とStampede3スーパーコンピュータを使用して、100のクライオボルカニックソースの条件をシミュレートしました。
「DSMCシミュレーションは非常に高価です」とMahieuxは指摘しました。「2015年にTACCのスーパーコンピュータを使用してパラメータ化を取得し、当時の48時間から現在は数ミリ秒に計算時間を短縮しました。」2011年に共著者のDavid Goldsteinが開発したDSMCコード「Planet」を組み込んだモデルは、直径わずか313マイルのエンケラドスの低重力環境を正確に捉えました。マイクロ秒の時間ステップで数百万の分子を追跡し、プルームの密度、速度、出口温度を明らかにしました。
「新しい研究の主な発見は、100のクライオボルカニックソースに対して、質量流量や以前に導出されていなかった他のパラメータ、例えば材料が排出される温度を制限できたことです。これはエンケラドスで何が起こっているかを理解する上で大きな前進です」とMahieuxは付け加えました。
エンケラドスのプルームは、潜在的に他の外惑星系の衛星のものと同様に居住可能な地下液体海洋への窓を提供します。氷の地殻の下の深い物質をサンプリングすることで、科学者たちは海洋の条件を間接的に研究できます。将来的なNASAとESAのミッションは表面に着陸し、海洋まで掘削して生命の化学的兆候を探す可能性があります。Mahieuxは結論づけ、「スーパーコンピュータは、10〜15年前には夢にも思わなかった質問に対する答えを私たちに与えてくれます。」