แคสซีนีไฮเกนส์
รูปถ่ายระยะใกล้ชุดแรกของเอนเซลาดัสถูกถ่ายจากยานอวกาศในโครงการวอยเอจเจอร์ โดยยานลำแรกที่โคจรผ่านดวงจันทร์เอนเซลาดัสมีชื่อว่า “วอยเอจเจอร์ 1” โดยเข้าใกล้สุดครั้งแรกเมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน ค.ศ. 1980 (พ.ศ. 2523)[12] ที่ระยะห่าง 202,000 กิโลเมตรจากดวงจันทร์ ซึ่งภาพที่ถ่ายได้จากระยะนี้จะมองเห็นอวกาศที่ความละเอียดต่ำมาก
แต่ภาพนี้ก็ได้เปิดเผยลักษณะพื้นผิวดวงจันทร์ที่สะท้อนแสงได้ดีมาก ปราศจากหลุมอุกกาบาตใด ๆ เป็นตัวบ่งชี้ว่าพื้นผิวดวงจันทร์ดวงนี้ยังมีอายุไม่มาก[13] ยานวอยเอจเจอร์ 1 ยังยืนยันว่าเอนเซลาดัสโคจรอยู่ในส่วนหนาแน่นสุดของวงแหวนอี (E-ring) อันเบาบางของดาวเสาร์ ด้วยเหตุผลข้างต้นทั้งพื้นผิวที่มีอายุน้อยและที่ตั้งในวงแหวนอี นักวิทยาศาสตร์จึงคาดการณ์ว่าวงแหวนอีน่าจะประกอบไปด้วยอนุภาคที่ถูกขับออกมาจากเอนเซลาดัส[13]
ต่อมาเมื่อยาน “วอยเอจเจอร์ 2” ออกปฏิบัติภารกิจ ยานลำนี้ได้โคจรผ่านเอนเซลาดัสในระยะห่างที่ใกล้กว่าวอยเอจเจอร์ 1 ที่ 87,010 กิโลเมตร เมื่อวันที่ 26 สิงหาคม ค.ศ. 1981 (พ.ศ. 2524) ภาพถ่ายที่ได้จึงมีความละเอียดสูงกว่ามาก[12] ยิ่งเปิดเผยให้เห็นว่าพื้นผิวบนดวงจันทร์หลายแห่งมีอายุน้อยมาก[14] นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นอีกว่า พื้นผิวบริเวณต่าง ๆ บนดวงจันทร์อาจมีอายุแตกต่างกันได้อย่างมาก ภาพถ่ายทำให้เรารู้ว่าพื้นที่ทางตอนบนของดาวมีหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่กระจายอยู่ทั่วไป ในขณะที่พื้นที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรมีหลุมอุกกาบาตน้อยกว่ามาก ด้วยลักษณะทางธรณีวิทยาเหล่านี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์งุนงง เนื่องจากในขณะนั้นไม่มีทฤษฎีใดสามารถอธิบายว่าทำไมเทหวัตถุขนาดเล็กถึงมีพื้นผิวที่ใหม่เอี่ยมเช่นนี้ และก็ไม่สามารถอธิบายได้เช่นกันว่าทำไมเทหวัตถุที่เย็นเป็นน้ำแข็งถึงยังเกิดปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนพื้นผิวได้ อย่างไรก็ตามยานวอยเอจเจอร์ 2 ก็ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าเอนเซลาดัสกำลังมีปรากฏการณ์บนพื้นผิวใด ๆ อยู่ในขณะนั้น หรือแม้แต่เรื่องที่เป็นต้นกำเนิดของวงแหวนอี
แคสซีนี-ไฮเกนส์
ข้อสงสัยจากโครงการวอยเอจเจอร์ได้รับการเปิดเผยเมื่อ “ยานแคสซีนี–ไฮเกนส์” เดินทางเข้าสู่วงโคจรรอบดาวเสาร์เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม ค.ศ. 2004 (พ.ศ. 2547) ยานแคสซีนีถูกกำหนดให้เอนเซลาดัสเป็นเป้าหมายสำคัญในการสำรวจ โดยให้ยานแคสซีนีโคจรเข้าใกล้ในระยะเพียง 1,500 กิโลเมตรหลายครั้ง รวมถึงโอกาสในการแล่นเฉียดในระยะ 100,000 กิโลเมตรอีกหลายครั้ง การสำรวจของยานแคสซีนีทำให้เราทราบข้อมูลสำคัญหลายอย่างเกี่ยวกับพื้นผิวของดวงจันทร์ รวมไปถึงการค้นพบไอน้ำและอนุภาคไฮโดรคาร์บอนที่ปะทุออกมาบริเวณขั้วใต้ ปรากฏการณ์เหล่านี้ทำให้ทีมควบคุมยานแคสซีนีเปลี่ยนแปลงเส้นทางการโคจรให้ยิ่งเข้าใกล้เอนเซลาดัสมากขึ้น ซึ่งในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2008 (พ.ศ. 2551) ยานแคสซีนีแล่นเฉียดที่ระยะเพียง 52 กิโลเมตรจากพื้นผิวดวงจันทร์[15] นอกจากนี้ยานอวกาศยังปฏิบัติภารกิจพิเศษเพิ่มเติมในการแล่นเฉียดอีก 7 ครั้งตั้งแต่เดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2008 ถึงกรกฎาคม ค.ศ. 2010 ซึ่งมีสองครั้งในเดือนสิงหาคมและตุลาคม ค.ศ. 2008 ยานโคจรเข้าใกล้ในระยะไม่ถึง 50 กิโลเมตร
โครงการสำรวจในอนาคต
การค้นพบสิ่งต่าง ๆ บนดวงจันทร์เอนเซลาดัสของยานแคสซีนีทำให้มีการศึกษาและเสนอโครงการต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องแทบทันที โดยในปี ค.ศ. 2007 นาซาได้เสนอโครงการที่จะนำยานไปโคจรรอบเอนเซลาดัสและศึกษาปรากฏการณ์การปะทุบริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์[19] แต่ก็ไม่ได้รับการคัดเลือก[20] อย่างไรก็ตาม องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ก็มีแผนส่งยานขึ้นไปสำรวจเอนเซลาดัสพร้อม ๆ กับสำรวจไททัน ดวงจันทร์ดวงใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์[21] ดังนั้นจึงเกิดภารกิจ Titan Saturn System Mission (TSSM) ขึ้นมา ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างนาซาและอีเอสเอ ที่จะส่งยานขึ้นไปสำรวจดวงจันทร์ของดาวเสาร์ ซึ่งรวมถึงเอนเซลาดัสด้วยอย่างแน่นอน ภารกิจนี้ถูกเสนอ (เข้าชิง) เพื่อขอเงินสนับสนุนพร้อมกับภารกิจ Europa Jupiter System Mission (EJSM) ซึ่งเป็นภารกิจสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ซึ่งได้ประกาศผลไปเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2009 (พ.ศ. 2552) โดยที่ภารกิจสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี (EJSM) ได้รับการคัดเลือกให้จัดตั้งก่อนภารกิจสำรวจดวงจันทร์ของเสาร์ (TSSM)[22]
ลักษณะการโคจร
วงโคจรของเอนเซลาดัสแสดงเป็นเส้นสีแดง เมื่อมองจากขั้วเหนือของดาวเสาร์ (โปรแกรมเซเลสเทีย)
เอนเซลาดัสเป็นดวงจันทร์ชั้นในขนาดใหญ่ดวงหนึ่งของดาวเสาร์ หากเรียงดวงจันทร์ตามระยะห่างจากดาวเสาร์ เอนเซลาดัสจะอยู่ในลำดับที่ 14 ดวงจันทร์ดวงนี้ยังมีวงโคจรอยู่ในส่วนที่หนาแน่นที่สุดของวงแหวนอี อันเป็นวงแหวนชั้นนอกสุดของดาวเสาร์ ที่มีขนาดกว้างมาก แต่อนุภาคน้ำแข็งและวัสดุคล้ายฝุ่นอันเป็นองค์ประกอบของวงแหวนนี้ก็กระจายมากเช่นกัน อาณาเขตของวงแหวนอีเริ่มต้นประมาณวงโคจรของดวงจันทร์ไมมัส และสิ้นสุดที่ประมาณวงโคจรของเรีย
เอนเซลาดัสตั้งอยู่ระหว่างดวงจันทร์ไมมัสและทีทิส ห่างจากศูนย์กลางดาวเสาร์ (กึ่งแกนเอก) 238,000 กิโลเมตร และห่างจากยอดเมฆ (cloudtop) ของดาวเสาร์ 180,000 กิโลเมตร หมุนรอบดาวเสาร์หนึ่งรอบใช้เวลาประมาณ 32.9 ชั่วโมง เร็วพอที่จะสังเกตได้ตลอดทั้งคืน ปัจจุบันเอนเซลาดัสมีค่าการสั่นพ้องของวงโคจรเฉลี่ย 2:1 เมื่อเทียบกับไดโอนี นั่นหมายถึงเมื่อเอนเซลาดัสโคจรรอบดาวเสาร์ครบ 2 รอบ ไดโอนีจะโคจรรอบดาวเสาร์ได้ครบ 1 รอบพอดี การสั่นพ้องนี้ช่วยรักษาความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของเอนเซลาดัสให้คงที่ และยังเป็นแหล่งกำเนิดความร้อนให้กับปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาบนดวงจันทร์ดวงนี้อีกด้วย[23]
เช่นเดียวกับดวงจันทร์ของดาวเสาร์ดวงอื่นที่ใหญ่กว่า เอนเซลาดัสใช้เวลาหมุนรอบตัวเองครบหนึ่งรอบเท่ากับหมุนรอบดาวเสาร์ครบหนึ่งรอบ ทำให้มีเพียงด้านเดียวที่หันเข้าดาวเสาร์ตลอดเวลา คล้ายกับดวงจันทร์ของโลก แต่เอนเซลาดัสต่างกับดวงจันทร์ของโลกที่ เอนเซลาดัสไม่ปรากฏการเกิดไลเบรชัน (การแกว่งของดาว) อย่างไรก็ตาม ผลจากการวิเคราะห์รูปร่างของเอนเซลาดัสทำให้ทราบว่าดวงจันทร์ดวงนี้อาจเกิดการแกว่งขนาดเล็กได้ในบางช่วง[23] มีการคาดการณ์ว่าการแกว่งนี้อาจเป็นสาเหตุทำให้เกิดแหล่งความร้อนภายในเอนเซลาดัส เช่นเดียวกับผลจากการสั่นพ้องของวงโคจร
