Планетологи разгадали тайну того, как Плутон приобрел грушевидную форму
На поверхности Плутона преобладает огромная грушевидная впадина Планиции Спутника. Похоже, что он имеет ударное происхождение, но моделирование еще не объяснило его странную геометрию. Ученые-планетологи из Бернского университета предлагают механизм удара, который воспроизводит топографическую форму бассейна, а также объясняет его расположение вблизи оси Плутон-Харон. Согласно их исследованиям, столкновение Плутона с планетарным телом диаметром около 700 километров (435 миль) привело к образованию Sputnik Planitia.
Эта мозаика Плутона была сделана на основе изображений LORRI аппарата New Horizons, сделанных 14 июля 2015 года с расстояния 49 700 миль (80 000 км). Этот вид, проецируемый с точки на высоте 1118 миль (1800 км) над экватором Плутона, смотрит на северо-восток, на темную, испещренную кратерами область Ктулху-Риджио, в сторону яркого, гладкого пространства ледяных равнин, называемого Планом Спутника. Северный полюс Плутона находится сразу за изображением слева. Эта мозаика была создана с использованием панхроматических изображений с камеры New Horizons LORRI с наложением цветов из цветовой таблицы Ральфа, находящейся на борту New Horizons. Изображение предоставлено: С.А. Штерн и другие.
В 2015 году космический корабль НАСА «Новые горизонты» обнаружил, что поверхность Плутона является геологически сложной.
Над ним доминирует заполненный азотом бассейн размером 1200 х 2000 км (746 х 1243 миль) под названием Sputnik Planitia.
Sputnik Planitia — западная часть Томбо Реджо, знаменитой структуры Плутона в форме сердца.
Бассейн находится на 3–4 километра (1,9–2,5 мили) ниже по высоте, чем большая часть поверхности карликовой планеты.
Доктор Гарри Баллантайн, планетолог из Бернского университета, сказал: «Яркий внешний вид Sputnik Planitia обусловлен тем, что он в основном заполнен белым азотным льдом, который постоянно смещается и движется, сглаживая поверхность».
«Этот азот, вероятно, быстро накопился после удара из-за малой высоты».
«Восточная часть «ядра» также покрыта похожим, но гораздо более тонким слоем азотного льда, происхождение которого учёным до сих пор неясно, но, вероятно, связано со Sputnik Planitia».
Доктор Мартин Гетце, планетолог из Бернского университета, сказал: «Вытянутая форма Sputnik Planitia убедительно указывает на то, что столкновение было не прямым, а скорее косым».
Аппарат «Новые горизонты» сделал это изображение Плутона в высоком разрешении 14 июля. Поверхность Плутона имеет ослепительную палитру тонких цветов, усиленных на этом снимке радугой бледно-голубого, желтого, оранжевого и темно-красного цветов. Многие формы рельефа имеют свои собственные цвета, рассказывающие сложную геологическую и климатическую историю, которую ученые только начинают расшифровывать. Источник изображения: НАСА/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса/Юго-Западный научно-исследовательский институт.
Авторы использовали программное обеспечение для моделирования гидродинамики гладких частиц (SPH), чтобы в цифровом виде воссоздать такие удары, изменяя конфигурацию Плутона и его ударного тела, а также скорость и угол ударного тела.
Эти моделирования подтвердили их подозрения относительно косого угла удара и определили конфигурацию тела удара.
«Ядро Плутона настолько холодное, что породы остались очень твердыми и не расплавились, несмотря на жар удара, а благодаря углу удара и низкой скорости ударное ядро не погрузилось в ядро Плутона, а, скорее, осталось неповрежденным», — заявили Доктор Баллантайн.
«Где-то под Спутником лежат остатки ядра другого массивного объекта, который Плутон никогда не переваривал», — добавил доктор Эрик Асфо, планетолог из Университета Аризоны.
«Эта фундаментальная сила и относительно низкая скорость были ключом к успеху этих симуляций: низкая сила привела бы к очень симметричному остатку поверхности, который совсем не был похож на каплевидную форму, наблюдаемую New Horizons».
«Мы привыкли думать о столкновениях планет как о невероятно интенсивных событиях, в которых можно игнорировать детали, за исключением таких вещей, как энергия, импульс и плотность».
«Но в далекой солнечной системе скорости намного медленнее, а твердый лед прочный, поэтому вам придется быть более точным в своих расчетах. Вот тут-то и начинается самое интересное».
Результаты команды также пролили новый свет на внутреннюю структуру Плутона.
«На самом деле, гигантский удар, подобный смоделированному, вероятно, произошел очень рано в истории Плутона», — говорят исследователи.
«Однако это создает проблему: ожидается, что гигантская депрессия, подобная Sputnik Planitia, со временем будет медленно двигаться к полюсу карликовой планеты из-за законов физики, поскольку она страдает от дефицита массы. Однако она парадоксально близка к экватору. .
«Предыдущее теоретическое объяснение заключалось в том, что у Плутона, как и у многих других планетарных тел во внешней Солнечной системе, есть подземный океан с жидкой водой».
«Согласно предыдущему объяснению, ледяная корка Плутона в районе Спутниковой равнины будет тоньше, что приведет к разбуханию океана, а поскольку жидкая вода плотнее льда, в конечном итоге получится избыток массы, стимулирующий миграцию к экватору. »
«Однако новое исследование предлагает альтернативную точку зрения».
«В наших симуляциях примитивная мантия Плутона была полностью разрушена ударом, и, поскольку материал ядра ударника разбросан по ядру Плутона, это создает локальный избыток массы, который мог бы объяснить миграцию к экватору без подземного океана или, в лучшем случае, подземный океан», — сказал доктор Гоци: «Очень тонкий».
«Это новое и инновационное происхождение сердцевидной формы Плутона может привести к лучшему пониманию происхождения Плутона», — сказал доктор Адений Дентон, планетолог из Университета Аризоны.
тот Результаты Оно было опубликовано в журнале Природная астрономия.
_____
Х. А. Баллантайн и другие. Sputnik Planitia как остаток удара, указывающий на древний скалистый массив на безокеанском Плутоне. Нат Астрон, опубликовано в Интернете 15 апреля 2024 г.; дои: 10.1038/s41550-024-02248-1