Co kryje się pod lodowatym sercem Plutona? Nowe badania wskazują, że może istnieć słony ocean podobny do „Morza Martwego” o grubości ponad 100 kilometrów.
„Modele termiczne wewnętrznych i plutonowych dowodów Plutona znalezionych na powierzchni sugerują, że ocean może istnieć, ale nie jest łatwo wnioskować o jego wielkości ani o niczym innym” - powiedział Brandon Johnson z Brown University. „Byliśmy w stanie nałożyć pewne ograniczenia na jego grubość i uzyskać pewne wskazówki dotyczące kompozycji”.
Badania przeprowadzone przez Johnsona i jego zespół koncentrowały się na „sercu” Plutona - regionie nieformalnie zwanym Sputnik Planum, który został sfotografowany przez statek kosmiczny New Horizons podczas przelotu nad Plutonem w lipcu 2015 r.
Główny badacz New Horizons, Alan Stern, nazwał Sputnik Planum „jednym z najbardziej niesamowitych odkryć geologicznych w ponad 50-letniej eksploracji planet”, a wcześniejsze badania wykazały, że region wydaje się być stale odnawiany przez współczesną konwekcję lodową.
Serce ma basen o szerokości 900 km - większy niż Teksas i Oklahoma łącznie - i przynajmniej jego zachodnia część wydaje się być uformowana przez uderzenie, prawdopodobnie przez obiekt o średnicy 200 kilometrów lub większej.
Johnson i koledzy Timothy Bowling z University of Chicago oraz Alexander Trowbridge i Andrew Freed z Purdue University modelowali dynamikę uderzeń, która stworzyła ogromny krater na powierzchni Plutona, a także przyglądali się dynamice między Plutonem i jego księżycem Charonem.
Obydwie są ze sobą zablokowane, co oznacza, że zawsze obracają się i pokazują tę samą twarz. Sputnik Planum znajduje się bezpośrednio na osi pływowej łączącej oba światy. Ta pozycja sugeruje, że basen ma tak zwaną anomalię masy dodatniej - ma większą masę niż średnia dla lodowej skorupy Plutona. Gdy grawitacja Charona ciągnie Plutona, pociągałaby proporcjonalnie więcej na obszarach o większej masie, co przechylałoby planetę, dopóki Sputnik Planum nie zrówna się z osią pływową.
Zamiast być dziurą w ziemi, krater faktycznie został ponownie wypełniony. Część z nich została wypełniona konwekcyjnym lodem azotowym. Chociaż ta warstwa lodu dodaje do basenu trochę masy, sama nie jest wystarczająco gruba, aby Sputnik Planum miał masę dodatnią.
Reszta tej masy, jak powiedział Johnson, może być wytwarzana przez płyn czający się pod powierzchnią.
Johnson i jego zespół tak to wyjaśnili:
Podobnie jak kula do kręgli upuszczona na trampolinę, duże uderzenie powoduje wgniecenie na powierzchni planety, a następnie odbicie. To odbicie przyciąga materiał w górę z głębi wnętrza planety. Jeśli ten wypalony materiał jest gęstszy niż ten, który został zniszczony przez uderzenie, krater ma taką samą masę, jak przed uderzeniem. Jest to zjawisko, które geolodzy nazywają kompensacją izostatyczną.
Woda jest gęstsza niż lód. Więc jeśli pod lodową skorupą Plutona znajdowała się warstwa ciekłej wody, mogła ona wytrysnąć po uderzeniu Sputnik Planum, wyrównując masę krateru. Jeśli basen zacząłby się od masy neutralnej, wówczas warstwa azotu osadzona później wystarczyłaby do stworzenia dodatniej anomalii masy.
„Ten scenariusz wymaga płynnego oceanu” - powiedział Johnson. „Chcieliśmy uruchomić komputerowe modele wpływu, aby zobaczyć, czy tak się naprawdę stanie. Odkryliśmy, że wytwarzanie dodatniej anomalii masy jest w rzeczywistości dość wrażliwe na grubość warstwy oceanu. Jest także wrażliwy na słony ocean, ponieważ zawartość soli wpływa na gęstość wody ”.
Modele symulowały uderzenie obiektu wystarczająco dużego, aby stworzyć basen wielkości Sputnika Planum uderzającego w Plutona z prędkością oczekiwaną dla tej części układu słonecznego. Symulacja zakładała różne grubości warstwy wodnej pod skorupą, od braku wody do warstwy o grubości 200 kilometrów.
Scenariusz, który najlepiej zrekonstruował zaobserwowaną głębokość wielkości Sputnika Planum, jednocześnie produkując krater o skompensowanej masie, był taki, w którym Pluton ma warstwę oceanu o grubości ponad 100 kilometrów, o zasoleniu około 30 procent.
„To mówi nam, że jeśli Sputnik Planum jest rzeczywiście pozytywną anomalią masową - i wydaje się, że tak jest - ta warstwa oceanu o długości co najmniej 100 kilometrów musi tam być” - powiedział Johnson. „To dla mnie niesamowite, że masz tak daleko ciało w Układzie Słonecznym, które wciąż może mieć płynną wodę”.
Johnson on i inni badacze będą kontynuować badania danych przesłanych przez New Horizons, aby uzyskać wyraźniejszy obraz intrygującego wnętrza Plutona i możliwego oceanu.
Dalsza lektura: Brown University, New Horions / APL
