Космічне зіткнення, яке зробило серце Плутона

Секрет як Плутон Нарешті міжнародна команда астрофізиків на чолі з… Бернський університет та члени Національного центру компетенції в дослідженнях (NCCR) PlanetS. Команда перших успішно відтворила незвичайну форму за допомогою цифрового моделювання, і пояснює це ефектом гігантського, повільного кута нахилу.

З камер НАСАУ 2015 році місія New Horizons виявила на поверхні карликової планети Плутон велику структуру у формі серця. Це «серце» спантеличило вчених своєю унікальною формою, геологічним складом і висотою. Вчені з Бернського університету в Швейцарії та Університету Арізони використовували чисельне моделювання, щоб дослідити походження Sputnik Planitia, західної частини поверхні ядра Плутона у формі сльози.

Згідно з їхніми дослідженнями, рання історія Плутона була відзначена катаклізмом, який призвів до формування Sputnik Planitia: його зіткнення з планетарним тілом трохи більше 400 миль у діаметрі, приблизно розміром з Арізону з півночі на південь. Висновки команди, які були опубліковані в Астрономія природиЦе також вказує на те, що внутрішня структура Плутона відрізняється від того, що передбачалося раніше, що свідчить про відсутність підповерхневого океану.

«Формування Sputnik Planitia відкриває важливе вікно в ранні періоди історії Плутона», — сказав Аденій Дентон, планетолог з Місячно-планетарної лабораторії в Арізоні, який є співавтором статті. «Розширивши наші дослідження, щоб включити більш незвичайні сценарії формування, ми дізналися про деякі абсолютно нові можливості для еволюції Плутона, які можуть бути застосовані до інших об’єктів». пояс Койпера Об’єкти також».

Вид на Плутон, зроблений космічним зондом NASA New Horizons 14 липня 2015 р. Джерело зображення: NASA/Лабораторія прикладної фізики Університету Джона Гопкінса/Південно-Західний науково-дослідний інститут

Розділене серце

«Серце», також відоме як tombo regio, привернуло увагу громадськості відразу після свого відкриття. Але він також одразу привернув увагу вчених, оскільки він покритий матеріалом з високим альбедо, який відбиває більше світла від навколишнього середовища, створюючи більш білий колір. Але серце не складається з одного елемента. Sputnik Planitia охоплює територію приблизно 750 на 1250 миль, приблизно чверть розміру Європи чи Сполучених Штатів. Але вражає те, що висота цього регіону приблизно на 2,5 милі нижча, ніж більша частина поверхні Плутона.

«У той час як переважна більшість поверхні Плутона складається з метанового льоду та його похідних, що покривають кірку водяного льоду, Планітія в основному заповнена азотним льодом, який, ймовірно, накопичився швидко після удару через низьку висоту», — сказав провідний автор. З дослідження був Гаррі Баллантайн, науковий співробітник у Берні. Східна частина ядра також покрита подібним, але набагато тоншим шаром азотного льоду, походження якого залишається незрозумілим для вчених, але, ймовірно, пов’язане з Sputnik Planitia.

Косий ефект

За словами Мартіна Ґетце з Бернського університету, який ініціював дослідження, витягнута форма Sputnik Planitia та положення на екваторі переконливо свідчать про те, що зіткнення було не прямим, а скоріше косим. Як і багато інших у всьому світі, команда використовувала програмне забезпечення для моделювання гідродинаміки гладких частинок, щоб цифрово відтворити такі зіткнення, змінюючи конфігурацію Плутона та його тіло зіткнення, а також швидкість і кут тіла зіткнення. Це моделювання підтвердило підозри вчених щодо косого кута удару та визначило конфігурацію об’єкта удару.

«Ядро Плутона настільки холодне, що камінь залишився дуже твердим і не розплавився, незважаючи на тепло удару, і завдяки куту удару та низькій швидкості ударне ядро ​​не занурилося в ядро ​​Плутона, а залишилося цілим від удару. «Це була основна сила і низька швидкість», — сказав Баллантайн. Зонд Horizons під час прольоту повз Плутон у 2015 році.

«Ми звикли думати про зіткнення планет як про неймовірно інтенсивні події, де ви можете ігнорувати деталі, за винятком таких речей, як енергія, імпульс і щільність», — сказав Ерік Асфо, професор Місячно-планетарної лабораторії та співавтор дослідження, чий команда співпрацювала з дослідницькою групою. З 2011 року швейцарські колеги досліджують ідею планетарних «вибухів», щоб пояснити, наприклад, особливості зворотного боку Місяця Землі. «У віддаленій Сонячній системі швидкості набагато нижчі, ніж у тих, що знаходяться ближче до Сонця, а твердий лід міцний, тому ви повинні бути більш точними у своїх розрахунках. Ось тут починається найцікавіше».

На Плутоні немає підземного океану

Нинішнє дослідження також проливає нове світло на внутрішню структуру Плутона. Насправді гігантський удар, подібний до змодельованого, ймовірно, стався набагато раніше в історії Плутона, ніж у наш час. Однак це створює проблему: очікується, що гігантська западина, така як Sputnik Planitia, з часом повільно дрейфуватиме до полюса карликової планети через закони фізики, оскільки вона менш масивна, ніж її оточення. Однак він залишався поблизу екватора. Попереднє теоретичне пояснення ґрунтувалося на існуванні рідкого водяного океану під поверхнею Землі, подібного до багатьох інших планетних тіл зовнішньої Сонячної системи. Згідно з цією гіпотезою, крижана кора Плутона була б тоншою в регіоні Sputnik Planitia, що призвело б до того, що океан піднімався вгору, а оскільки рідка вода щільніша за лід, це спричинило б надлишок маси, що змусило б її мігрувати до екватора.

За словами авторів, нове дослідження пропонує альтернативну точку зору, вказуючи на симуляції, в яких примітивна мантія Плутона повністю розкопана ударом, і коли матеріал ядра ударника падає на ядро ​​Плутона, це створює локальний надлишок маси, який може пояснити міграцію. у бік екватора без підповерхневого океану або, щонайбільше, дуже тонкого океану.

Дентон, який уже розпочав дослідницький проект для оцінки швидкості цієї міграції, сказав, що нова інноваційна гіпотеза про походження серцеподібної особливості Плутона може допомогти краще зрозуміти походження карликової планети.

Довідка: Гаррі А. «Sputnik Planitia як залишок удару вказує на стародавню скельну масу на безокеанському Плутоні». Баллантайн, Ерік Асфо та К. Аден Дентон, Олександр Емсенхубер і Мартін Гетце, 15 квітня 2024 р. Астрономія природи.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1