|
Тайна объекта в форме сердца на поверхности Плутона
|
|
|
|
Тайна того, как на поверхности Плутона появился гигантский объект в форме сердца, наконец-то была разгадана международной командой астрофизиков во главе с Бернским университетом и сотрудниками Национального центра компетенций в области исследования планет (NCCR). Команда ученых первой успешно воспроизвела необычную форму с помощью численного моделирования, объяснив это гигантским и медленным ударом под косым углом. С тех пор как в 2015 году камеры миссии НАСА "Новые горизонты" обнаружили большое сердцевидное сооружение на поверхности карликовой планеты Плутон, это "сердце" озадачивало ученых своей уникальной формой, геологическим составом и высотой над уровнем моря. Команда ученых из Бернского университета, в том числе несколько членов NCCR PlanetS, и Университета Аризоны в Тусоне использовали численное моделирование, чтобы исследовать происхождение Sputnik Planitia, западной каплевидной части центральной поверхности Плутона.
|
|
|
|
Согласно их исследованию, ранняя история Плутона была отмечена катастрофическим событием, в результате которого образовалась планета Спутник: столкновением с планетным телом диаметром около 700 км, что примерно вдвое больше Швейцарии с востока на запад. Выводы команды, которые были недавно опубликованы в журнале Nature Astronomy, также свидетельствуют о том, что внутренняя структура Плутона отличается от того, что предполагалось ранее, что указывает на отсутствие подповерхностного океана. Сердце, также известное как Томбо-Регио, привлекло внимание общественности сразу же после своего открытия. Но оно также сразу привлекло интерес ученых, потому что покрыто материалом с высоким альбедо, который отражает больше света, чем окружающее пространство, что придает ему более белый цвет. Однако сердце состоит не из одного элемента. Спутниковая планета (западная часть) занимает площадь 1200 на 2000 километров, что эквивалентно четверти Европы или Соединенных Штатов. Однако что поразительно, так это то, что высота этого региона на три-четыре километра ниже, чем у большей части поверхности Плутона.
|
|
|
"Яркий внешний вид Sputnik Planitia обусловлен тем, что он в основном заполнен белым азотным льдом, который движется и конвекционирует, постоянно выравнивая поверхность. Этот азот, скорее всего, быстро накапливался после удара из-за меньшей высоты", - объясняет доктор Гарри Баллантайн из Бернского университета, ведущий автор исследования. Восточная часть сердца также покрыта похожим, но гораздо более тонким слоем азотного льда, происхождение которого ученым до сих пор неясно, но, вероятно, оно связано со спутником планеты Земля. "Вытянутая форма Sputnik Planitia убедительно свидетельствует о том, что столкновение было не прямым, а скорее косым", - отмечает доктор Мартин Ютци из Бернского университета, который инициировал исследование. Поэтому команда, как и несколько других специалистов по всему миру, использовала свое программное обеспечение для моделирования гидродинамики сглаженных частиц (SPH), чтобы в цифровом виде воссоздать такие столкновения, изменив как состав Плутона, так и объекта, с которым он столкнулся, а также скорость и угол столкновения. Эти расчеты подтвердили подозрения ученых о наклонном угле удара и определили состав ударного элемента.
|
|
|
|
"Ядро Плутона настолько холодное, что горные породы остались очень твердыми и не расплавились, несмотря на высокую температуру удара, а благодаря углу падения и низкой скорости ядро ударного элемента не погрузилось в ядро Плутона, а осталось нетронутым, ударившись о него", - объясняет ученый. Баллантайн. "Где-то под Спутником находится ядро другого массивного тела, которое Плутон так до конца и не поглотил", - добавляет соавтор Эрик Асфог из Университета Аризоны. Такая прочность стержня и относительно низкая скорость были ключевыми факторами успеха этих симуляций: меньшая прочность привела бы к очень симметричному остатку поверхности, который не был бы похож на каплевидную форму, наблюдаемую New Horizons. "Мы привыкли думать о столкновениях планет как о невероятно интенсивных событиях, когда можно не обращать внимания на детали, за исключением таких факторов, как энергия, импульс и плотность. Но в отдаленной Солнечной системе скорости намного ниже, а твердый лед прочен, поэтому в своих расчетах вы должны быть намного точнее. Вот тут-то и начинается самое интересное", - говорит Асфог.
|
|
|
|
Обе команды уже давно сотрудничают друг с другом и с 2011 года изучают идею планетарных "всплесков", чтобы объяснить, например, особенности на обратной стороне Луны. После нашей Луны и Плутона команда Бернского университета планирует изучить аналогичные сценарии для других объектов Солнечной системы, таких как похожая на Плутон карликовая планета Хаумеа. Текущее исследование также проливает новый свет на внутреннюю структуру Плутона. На самом деле, гораздо более вероятно, что гигантское столкновение, подобное смоделированному, произошло очень рано в истории Плутона. Однако это создает проблему: ожидается, что гигантская впадина, подобная Sputnik Planitia, со временем будет медленно приближаться к полюсу карликовой планеты из-за законов физики, поскольку у нее дефицит массы. И все же, как это ни парадоксально, она находится недалеко от экватора. Предыдущее теоретическое объяснение состояло в том, что Плутон, как и несколько других планетных тел во внешней части Солнечной системы, имеет подземный океан жидкой воды.
|
|
|
|
Согласно этому предыдущему объяснению, ледяная кора Плутона была бы тоньше в районе спутника планеты, что привело бы к вздутию океана там, а поскольку жидкая вода плотнее льда, в конечном итоге получился бы избыток массы, который вызвал бы миграцию к экватору. Однако новое исследование предлагает альтернативную точку зрения. "В нашем моделировании вся первичная мантия Плутона была разрушена в результате удара, и когда материал ядра объекта удара попадает на ядро Плутона, это создает локальный избыток массы, который может объяснить миграцию к экватору без подповерхностного океана или, самое большее, с очень тонким слоем", - объясняет Мартин Джутци. Доктор Адин Дентон из Университета Аризоны, также соавтор исследования, в настоящее время проводит новый исследовательский проект, чтобы оценить скорость этой миграции. "Это новое и изобретательное объяснение сердцевидной формы Плутона может привести к лучшему пониманию происхождения Плутона", - заключает она.
|
|
|
|
Источник
|
