Kosmická srážka, která udělala srdce Pluta

Tajné jak Pluto Konečně, obří útvar ve tvaru srdce na jeho povrchu byl vyřešen mezinárodním týmem astrofyziků pod vedením… Univerzita v Bernu a členové Národního centra kompetence ve výzkumu (NCCR) PlanetS. Tým je první, kdo úspěšně reprodukoval neobvyklý tvar pomocí digitálních simulací, a připisuje to efektu obřího, pomalého úhlu náklonu.

Od kamer NASAMise New Horizons objevila v roce 2015 na povrchu trpasličí planety Pluto velkou strukturu ve tvaru srdce. Toto „srdce“ vědce mátlo kvůli svému jedinečnému tvaru, geologickému složení a výšce. Vědci z University of Bern ve Švýcarsku a University of Arizona použili numerické simulace k prozkoumání původu Sputnik Planitia, západní části povrchu jádra Pluta ve tvaru slz.

Podle jejich výzkumu byla raná historie Pluta poznamenána kataklyzmatickou událostí, která vedla ke vzniku Sputnik Planitia: jeho srážce s planetárním tělesem o průměru něco málo přes 400 mil, což je zhruba velikost Arizony od severu k jihu. Zjištění týmu, která byla zveřejněna v Přírodní astronomieTo také naznačuje, že vnitřní struktura Pluta se liší od toho, co se dříve předpokládalo, což naznačuje, že neexistuje žádný podpovrchový oceán.

„Vytvoření Sputnik Planitia poskytuje důležité okno do raných období historie Pluta,“ řekl Adeniy Denton, planetární vědec z Lunar and Planetary Laboratory v Arizoně, který je spoluautorem článku. „Rozšířením našeho zkoumání tak, aby zahrnovalo více neobvyklých scénářů formování, jsme se naučili některé zcela nové možnosti pro vývoj Pluta, které by se mohly vztahovat na jiné objekty.“ Kuiperův pás Předměty také.“

Pohled na Pluto pořízený kosmickou sondou NASA New Horizons 14. července 2015. Zdroj obrázku: Laboratoř aplikované fyziky NASA/Johns Hopkins University/Southwestern Research Institute

Rozdělené srdce

„Srdce“, známé také jako tombo regio, zaujalo veřejnost hned po svém objevení. Ale také okamžitě upoutal pozornost vědců, protože je pokrytý materiálem s vysokým albedem, který odráží více světla z okolního prostředí a vytváří bělejší barvu. Ale srdce se neskládá z jediného prvku. Sputnik Planitia pokrývá oblast asi 750 krát 1 250 mil, což je asi čtvrtina velikosti Evropy nebo Spojených států. Ale co je pozoruhodné, je to, že nadmořská výška této oblasti je asi o 2,5 mil níže než většina povrchu Pluta.

„Zatímco drtivá většina povrchu Pluta se skládá z metanového ledu a jeho derivátů pokrývajících kůru vodního ledu, Planitia je většinou vyplněna dusíkovým ledem, který se pravděpodobně rychle nahromadil po dopadu kvůli nízké výšce,“ řekl hlavní autor. Ze studie byl Harry Ballantyne, vědecký pracovník v Bernu. Východní část jádra je také pokryta podobnou, ale mnohem tenčí vrstvou dusíkového ledu, jehož původ zůstává vědcům nejasný, ale pravděpodobně souvisí se Sputnikem Planitia.

Šikmý efekt

Protáhlý tvar a poloha Sputnik Planitia na rovníku podle Martina Goetze z univerzity v Bernu, který studii inicioval, silně naznačují, že náraz nebyl přímou srážkou, ale spíše šikmým nárazem. Stejně jako mnoho dalších po celém světě tým použil software pro simulaci hydrodynamiky hladkých částic k digitálnímu obnovení takových nárazů, přičemž měnil konfiguraci Pluta a jeho nárazového tělesa, stejně jako rychlost a úhel nárazového tělesa. Tyto simulace potvrdily podezření vědců ohledně šikmého úhlu dopadu a určily konfiguraci dopadového objektu.

„Jádro Pluta je tak chladné, že hornina zůstala velmi pevná a neroztála se navzdory teplu nárazu, a díky úhlu dopadu a nízké rychlosti se jádro nárazu nezabořilo do jádra Pluta, ale zůstalo nedotčené jako rána. „Toto byla základní síla a nízká rychlost.“ Sonda Horizons během svého průletu kolem Pluta v roce 2015.

„Jsme zvyklí uvažovat o srážkách planet jako o neuvěřitelně intenzivních událostech, kdy můžete ignorovat detaily s výjimkou věcí, jako je energie, hybnost a hustota,“ řekl Eric Asfaugh, profesor Lunar and Planetary Laboratory a spoluautor studie, jehož tým spolupracoval s výzkumným týmem. Od roku 2011 švýcarští kolegové zkoumali myšlenku planetárních „výbuchů“, aby vysvětlili například rysy na odvrácené straně Měsíce Země. „Ve vzdálené sluneční soustavě jsou rychlosti mnohem pomalejší než rychlosti blíže Slunci a pevný led je silný, takže musíte být ve výpočtech přesnější. Tady začíná legrace.“

Na Plutu není žádný podpovrchový oceán

Současná studie vrhá nové světlo i na vnitřní strukturu Pluta. Ve skutečnosti k obrovskému nárazu, jako byl ten simulovaný, pravděpodobně došlo mnohem dříve v historii Pluta než v moderní době. To však představuje problém: obří prohlubeň, jako je Sputnik Planitia, se podle fyzikálních zákonů časem pomalu posune směrem k pólu trpasličí planety, protože je méně hmotná než její okolí. Zůstal však blízko rovníku. Předchozí teoretické vysvětlení bylo založeno na existenci tekutého vodního oceánu pod zemským povrchem, podobně jako mnoho jiných planetárních těles ve vnější sluneční soustavě. Podle této hypotézy by byla ledová kůra Pluta v oblasti Sputnik Planitia tenčí, což by způsobilo vyboulení oceánu, a protože kapalná voda je hustší než led, způsobila by přebytek hmoty, který by způsobil migraci směrem k rovníku.

Nová studie podle autorů nabízí alternativní pohled, který poukazuje na simulace, ve kterých je primitivní plášť Pluta nárazem zcela vyhlouben, a když materiál jádra impaktoru padá na jádro Pluta, vytváří místní přebytek hmoty, který by mohl vysvětlit migraci směrem k rovníku bez podpovrchového oceánu, nebo nanejvýš velmi tenkého oceánu.

Denton, který se již pustil do výzkumného projektu k odhadu rychlosti této migrace, řekl, že nová a inovativní hypotéza původu pro rys Pluta ve tvaru srdce může vést k lepšímu pochopení původu trpasličí planety.

Odkaz: „Sputnik Planitia jako impaktní zbytky na starověké skalní masy na bezoceánském Plutu“ od Harry A. Ballantyne, Eric Asfough a C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber a Martin Goetze, 15. dubna 2024, Přírodní astronomie.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1