Nya simuleringar med supercomputrar har visat att Enceladus, en måne till Saturnus, förlorar 20 till 40 procent mindre massa från sina isplymer än tidigare uppskattats. Forskare vid University of Texas i Austin analyserade data från NASAs Cassini-uppdrag för att modellera plymernas beteende. Dessa fynd kan informera framtida uppdrag som undersöker månens undersubstratiska ocean för tecken på liv.
Enceladus, en av Saturnus isiga månar, har fascinerat forskare sedan NASAs Cassini-Huygens-uppdrag började observera den 2005. Rymdfarkosten fångade bilder av höga geysrar som bröt ut från månens yta, vilket kastade ut vattenånga och ispartiklar i rymden och bildade en svag ring runt Saturnus.
En nylig studie, publicerad i augusti 2025 i Journal of Geophysical Research: Planets, använde avancerade Direct Simulation Monte Carlo (DSMC)-modeller för att analysera dessa plymer. Ledd av Arnaud Mahieux, en seniorforskare vid Royal Belgian Institute for Space Aeronomy och affiliad till University of Texas i Austins Department of Aerospace Engineering & Engineering Mechanics, genomfördes forskningen vid Texas Advanced Computing Center (TACC).
"Massflödeshastigheterna från Enceladus ligger 20 till 40 procent lägre än vad du hittar i den vetenskapliga litteraturen," sa Mahieux. Teamet byggde på sitt arbete från 2019, som först tillämpade DSMC-tekniker för att bestämma plymernas startförhållanden som ventilstorlekar, ång-till-is-förhållanden, temperaturer och flykthastigheter. Med TACC:s Lonestar6- och Stampede3-supercomputrar simulerade de förhållanden för 100 kryovulkaniska källor.
"DSMC-simuleringar är väldigt dyra," noterade Mahieux. "Vi använde TACC-supercomputrar 2015 för att få parametriseringarna som minskade beräkningstiden från 48 timmar då till bara några millisekunder nu." Modellerna, som inkluderade DSMC-koden 'Planet' utvecklad av medförfattaren David Goldstein 2011, fångade noggrant Enceladus lågravitationsmiljö, som bara är 313 miles bred. De spårade miljontals molekyler över mikrosekundsteg, och avslöjade plym-tätheter, hastigheter och utgångstemperaturer.
"Huvudfyndet i vår nya studie är att för 100 kryovulkaniska källor kunde vi begränsa massflödeshastigheterna och andra parametrar som inte härletts tidigare, såsom temperaturen vid vilken materialet lämnade. Detta är ett stort steg framåt i förståelsen av vad som händer på Enceladus," tillade Mahieux.
Enceladus plymer ger ett fönster till dess undersubstratiska flytande ocean, potentiellt beboelig som de på andra yttre solsystemsmånar. Genom att sampla material från djupt under isskorpan kan forskare studera oceanförhållanden indirekt. Framtida NASA- och ESA-uppdrag kan landa på ytan och borra till oceanen, sökande efter kemiska tecken på liv. Som Mahieux avslutade, "Supercomputrar kan ge oss svar på frågor vi inte ens drömde om att ställa för 10 eller 15 år sedan."