Космическият сблъсък, който направи сърцето на Плутон

Тайна как Плутон И накрая, гигантска сърцевидна характеристика на нейната повърхност е разгадана от международен екип от астрофизици, ръководени от… Бернски университет и членове на Националния център за компетентност в научните изследвания (NCCR) PlanetS. Екипът е първият, който успешно възпроизвежда необичайната форма с помощта на цифрови симулации и приписва това на ефекта от гигантския, бавен ъгъл на накланяне.

От камерите НАСАМисията New Horizons откри голяма сърцевидна структура на повърхността на планетата джудже Плутон през 2015 г. Това „сърце“ озадачи учените поради уникалната си форма, геоложки състав и височина. Учени от университета в Берн в Швейцария и университета в Аризона използваха числени симулации, за да изследват произхода на Sputnik Planitia, западната част с форма на сълза на повърхността на ядрото на Плутон.

Според техните изследвания ранната история на Плутон е белязана от катаклизмично събитие, довело до формирането на Sputnik Planitia: неговият сблъсък с планетарно тяло с диаметър малко над 400 мили, приблизително с размера на Аризона от север на юг. Констатациите на екипа, които бяха публикувани в Природна астрономияТова също така показва, че вътрешната структура на Плутон е различна от това, което се предполагаше преди, което предполага, че няма подземен океан.

„Формирането на Sputnik Planitia предоставя важен прозорец към ранните периоди от историята на Плутон“, каза Адени Дентън, планетарен учен в Лунната и планетарна лаборатория в Аризона, който е съавтор на статията. „Чрез разширяване на нашите разследвания, за да включат по-необичайни сценарии за формиране, ние научихме някои напълно нови възможности за еволюцията на Плутон, които биха могли да се прилагат и за други обекти.“ Пояс на Кайпер Предмети също.”

Изглед на Плутон, направен от космическата сонда New Horizons на НАСА на 14 юли 2015 г. Източник на изображението: НАСА/Лаборатория за приложна физика на университета Джон Хопкинс/Югозападен изследователски институт.

Разделено сърце

„Сърцето“, известно още като tombo regio, привлече вниманието на обществеността веднага след откриването му. Но също така веднага привлече вниманието на учените, защото е покрит с материал с високо албедо, който отразява повече светлина от околната среда, създавайки по-бял цвят. Но сърцето не се състои от един елемент. Sputnik Planitia покрива площ от около 750 на 1250 мили, около една четвърт от размера на Европа или Съединените щати. Но това, което е поразително е, че надморската височина на този регион е около 2,5 мили по-ниска от по-голямата част от повърхността на Плутон.

„Докато по-голямата част от повърхността на Плутон се състои от метанов лед и неговите производни, покриващи кора от воден лед, Planitia е изпълнена предимно с азотен лед, който вероятно се е натрупал бързо след удара поради ниската надморска височина“, каза водещият автор. От проучването беше Хари Балантайн, научен сътрудник в Берн. Източната част на ядрото също е покрита от подобен, но много по-тънък слой азотен лед, чийто произход остава неясен за учените, но вероятно е свързан със Sputnik Planitia.

Наклонен ефект

Удължената форма и позицията на Sputnik Planitia на екватора силно предполагат, че ударът не е бил директен сблъсък, а по-скоро наклонен удар, според Мартин Гьотце от университета в Берн, който инициира изследването. Подобно на много други по света, екипът използва софтуер за симулация на хидродинамика на гладки частици, за да пресъздаде дигитално такива удари, променяйки конфигурацията на Плутон и неговото тяло на удара, както и скоростта и ъгъла на тялото на удара. Тези симулации потвърдиха подозренията на учените относно наклонения ъгъл на удара и определиха конфигурацията на обекта на удара.

„Ядрото на Плутон е толкова студено, че скалата остана много твърда и не се стопи въпреки топлината на удара и благодарение на ъгъла на удара и ниската скорост ядрото на удара не потъна в ядрото на Плутон, а по-скоро остана непокътнато като удар към него,” каза Балантайн, “Това беше основната сила и ниската скорост.” Относителността е ключова за успеха на тези симулации: ниската сила ще доведе до силно симетрична повърхност, която не прилича на формата на сълза, наблюдавана от New на НАСА. Сондата Horizons по време на прелитането й край Плутон през 2015 г.

„Свикнали сме да мислим за сблъсъци на планети като за невероятно интензивни събития, при които можете да игнорирате детайлите, с изключение на неща като енергия, импулс и плътност“, каза Ерик Асфау, професор от Лунна и планетарна лаборатория и съавтор на изследването, чийто екипът си сътрудничи с изследователския екип. От 2011 г. швейцарски колеги проучват идеята за планетарни „експлозии“, за да обяснят например характеристиките на обратната страна на земната луна. „В далечната слънчева система скоростите са много по-бавни от тези, които са по-близо до Слънцето, а твърдият лед е здрав, така че трябва да сте по-прецизни в изчисленията си. Тук започва забавлението.“

На Плутон няма подземен океан

Настоящото изследване хвърля нова светлина и върху вътрешната структура на Плутон. Всъщност гигантски удар като симулираното вероятно се е случил много по-рано в историята на Плутон, отколкото в съвременните времена. Това обаче създава проблем: гигантска депресия като Sputnik Planitia се очаква бавно да се придвижи към полюса на планетата джудже с течение на времето поради законите на физиката, тъй като е по-малко масивна от заобикалящата я среда. Той обаче остана близо до екватора. Предишното теоретично обяснение се основаваше на съществуването на течен воден океан под повърхността на Земята, подобно на много други планетарни тела във външната слънчева система. Според тази хипотеза ледената кора на Плутон ще бъде по-тънка в района на Спутник Планития, което ще доведе до издуване на океана нагоре и тъй като течната вода е по-плътна от леда, което ще доведе до излишък от маса, който ще я накара да мигрира към екватора.

Новото изследване предлага алтернативен изглед, според авторите, посочвайки симулации, при които първичната мантия на Плутон е напълно изкопана от удара и тъй като материалът на сърцевината на удрящия елемент пада върху ядрото на Плутон, той създава локален излишък от маса, който би могъл да обясни миграцията към екватора без… Подземен океан или най-много много тънък океан.

Дентън, който вече е започнал изследователски проект за оценка на скоростта на тази миграция, каза, че новата и иновативна хипотеза за произхода на сърцевидната характеристика на Плутон може да доведе до по-добро разбиране на произхода на планетата джудже.

Справка: „Sputnik Planitia като останки от удари към древна скална маса на безокеански Плутон“ от Хари А. Балантайн, Ерик Асфу и К. Аден Дентън, Александър Емсенхубер и Мартин Гьотце, 15 април 2024 г. Природна астрономия.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1