Моделирование объясняет загадочное сердце Плутона и гравитационную аномалию

Фото из открытых источников

Когда в июле 2015 года космический корабль НАСА «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона и его спутников, он прислал нам первые имеющиеся у нас фотографии карликовой планеты крупным планом. Вместе с этим возникла загадка, которая наконец-то раскрыта. Новое исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Фотографии показали необычную структуру в форме сердца на поверхности Плутона, известную как Tombaugh Regio, или «сердце Плутона», западная часть которой занимает примерно ту же площадь, что и четверть США. С тех пор эта структура озадачивает астрономов, в первую очередь из-за высокой отражающей способности белой поверхности и ее неясного происхождения.

«Яркий внешний вид Sputnik Planitia обусловлен тем, что он в основном заполнен белым азотным льдом, который движется и конвектирует, постоянно сглаживая поверхность», — пояснил ведущий автор нового исследования Гарри Баллантайн из Бернского университета. «Этот азот, скорее всего, быстро накопился после удара из-за меньшей высоты».

В ходе исследования астрофизики из Бернского университета и члены Национального центра компетенций в области исследований (NCCR) PlanetS провели моделирование, чтобы объяснить, что вызвало такую особенность.

Ранее предполагалось, что эта особенность является результатом удара, учитывая, что аналогичные структуры, наблюдаемые в других мирах, изменились под воздействием приливных и вращательных сил. Однако эта модель работала только в том случае, если существовала положительная гравитационная аномалия или более сильная гравитация, чем мы могли ожидать, глядя на массу в этой области. 

На Земле возникают области с более высокой и более низкой гравитацией, вызванные близлежащими структурами большей или меньшей массы (скажем, горным хребтом или субдуцированной тектонической плитой). Когда мы не можем объяснить гравитацию местности, глядя на местную топографию, это называется гравитационной аномалией. Как бы драматично это ни звучало, на самом деле это означает лишь то, что мы пока не обнаружили недостающую массу (или ее отсутствие), объясняющую наблюдаемую нами гравитацию. 

В случае с сердцем Плутона было высказано предположение, что оно могло быть вызвано древним ударом, если гравитация в этом регионе была выше, чем кажется. По мнению одной команды, разницу в том, что мы ожидаем, и в том, что мы видим, можно объяснить наличием подземного океана, обеспечивающего положительную гравитационную аномалию.

Однако в новой статье исследователи обнаружили, что их модели могут объяснить структуру сердца без необходимости существования подземного океана. 

«В наших симуляциях вся первичная мантия Плутона разрушается в результате удара, и когда материал ядра ударника разбрызгивается на ядро Плутона, это создает локальный избыток массы, который может объяснить миграцию к экватору без подземного океана или, в лучшем случае, очень тонкий», — пояснил доктор Мартин Ютци из Бернского университета, добавив, что «вытянутая форма Sputnik Planitia убедительно свидетельствует о том, что удар был не прямым лобовым столкновением, а, скорее, косым».

Используя программное обеспечение для моделирования гидродинамики сглаженных частиц (SPH), команда варьировала угол, скорость и размер удара, а также изменяла состав Плутона. Команда обнаружила, что модель лучше всего подходит для случая, когда Плутон столкнулся с ледяным каменным объектом шириной около 730 километров на низкой скорости.

«Ядро Плутона настолько холодное, что породы остались очень твердыми и не расплавились, несмотря на жар удара, а благодаря углу удара и малой скорости ядро ударника не погрузилось в ядро Плутона, а осталось нетронутым. как пятно на нем», — добавил Баллантайн.

Точно так же, как и на Земле, на которой, вероятно, находится древняя планета Тейя, меньший ударный элемент Плутона, вероятно, остался.

«Где-то под Спутником находится остаток ядра другого массивного тела», — добавил соавтор исследования профессор Эрик Асфауг из Университета Аризоны, — «которое Плутон так и не переварил».