Научные исследования Плутона — это бесценный дар

Фото из открытых источников

Что-то смачивает поверхность карликовой планеты Плутон вдоль северной окраины равнины Спутник, и планетологи, возможно, нашли этому хорошее объяснение. Недавнее исследование снимков, полученных аппаратом New Horizons во время пролёта в 2015 году, выявило свидетельства того, что жидкий азот поднимается через трещины в ледниках равнины Спутник. Это тот самый гигантский бассейн в форме сердца, который мы видим на всех снимках New Horizons. Это необычно, учитывая, что температура поверхности Плутона никогда не поднимается выше -229 °C, а температура плавления азота составляет -209,9 °C. Таким образом, происходит нечто, что плавит азот и выносит его на поверхность, и учёные хотят узнать, что это и почему.

Группа исследователей под руководством Алана Стерна, главного исследователя проекта New Horizons и вице-президента Юго-западного исследовательского института, опубликовала статью, в которой изложила результаты анализа изображений Плутона, полученных аппаратом New Horizons, и сравнения этих изображений со снимками Landsat, запечатлевшими регионы Земли, которые также, по-видимому, затоплены чем-то поднимающимся из-под земли. В ходе исследования были обнаружены явные сходства, указывающие на то, что на Плутоне происходит нечто интересное.

«Плутон никогда не перестает нас удивлять, — сказал Стерн, — и этот новый результат, безусловно, это подтверждает. Помимо того, что он предполагает недавнее появление жидкостей на поверхности Плутона, он также указывает на новый тип изменяющихся во времени особенностей на Плутоне».

Планития Спутник издалека выглядит гладкой, но на самом деле она заполнена неправильными многоугольниками и впадинами. Этот пятнистый ландшафт напоминает серию замерзших конвекционных ячеек, образовавшихся на поверхности азотного льда. Ячейки, кажется, очерчены тонкими темными линиями, которые иногда выглядят более «влажными», вероятно, из-за выбросов жидкого азота. Это происходит снизу, потому что атмосферные условия Плутона не позволяют азотному дождю выпадать с неба.

Поверхностные узоры в северном регионе очень похожи на ледники на Земле, которые пережили дожди или наводнения, вытекающие из-под льда. Источником восходящего потока азота на Плутоне может быть таяние у основания ледяного покрова. Или же под поверхностью может скрываться какой-то источник жидкого азота. Что-то выделяет достаточно тепла, чтобы растопить азот (или поддерживать азотное озеро в жидком состоянии).

Сходство северной части равнины Спутник с известными ледниковыми участками на Земле оказалось настолько значительным, что побудило команду исследователей искать наземные примеры похожих ландшафтов. Например, в бассейнах Антарктиды и Гренландии были обнаружены свидетельства подъема талой воды снизу. Там в местах скопления жидкой воды на льду и снегу, образующей пруды и русла, были выявлены темные узкие поверхностные образования. Тепло, необходимое для таяния льда в этих двух регионах, вероятно, поступает от геотермальной активности (в случае Гренландии) или от давления ледников.

Задолго до того, как «Новые горизонты» приблизились к Плутону, учёные заметили, что равнина Спутник была одной из самых светлых областей на планете. Это указывало на некий процесс «повторного покрытия» поверхности. Наиболее вероятной причиной является подъём жидкого азота, поскольку он очень легко поднимается сквозь твёрдый азотный лёд. В некотором смысле это хорошая аналогия вулканизма, но со льдом вместо лавы.

Для возникновения криовулканизма необходимо, чтобы что-то нагревало и плавило азот под поверхностью. Этот механизм пока недостаточно изучен. Однако из исследования SwRI ясно, что что-то вызывает таяние жидкого азота и его подъем через небольшие трещины во льду. Весьма вероятно, что источником таяния азота является нагрев, вызванный давлением многокилометровых ледников в равнине Спутник. Если происходит нагрев из ядра Плутона (возможно, от радиогенного распада или других термических процессов), это также может способствовать таянию азотного льда. Достигнув поверхности, он скапливается и в конечном итоге растекается по ландшафту, образуя более темные участки, наблюдаемые на ледниковой равнине. Интересно, что в других регионах Плутона подобная активность не наблюдается. Однако вся планета еще не нанесена на карту, поэтому это может происходить и в других местах, скрытых от глаз.

Как отмечает учёная SwRI Келси Сингер, данные, полученные с помощью изображений, свидетельствуют о том, что этот регион довольно молод по сравнению с другими местами на Плутоне. «Поверхность равнины Спутник довольно молода, вероятно, ей менее миллиона лет, судя по моделированию переворота поверхности, и, следовательно, эти особенности, которые мы наблюдаем, должны были сформироваться с тех пор», — сказала Сингер. «Плутон обладает множеством уникальных ландшафтов, не встречающихся больше нигде в Солнечной системе, и эта область равнины Спутник — одна из них. Её поверхность предоставляет иные условия по сравнению с теми, к которым мы привыкли на Земле, и её изучение позволяет нам лучше понять, как ведут себя материалы в условиях, которые трудно воспроизвести на Земле».

Плавление, течение и повторное замерзание жидкого азота на поверхности Плутона имеют аналоги в других местах внешней Солнечной системы, в частности, на спутнике Нептуна Тритоне. Напомним, что на поверхности Тритона расположены азотные гейзеры, и подобные процессы могут происходить и под его ледяной поверхностью.

Для определения всех существующих поверхностных слоев на ледяных мирах Солнечной системы необходимы дополнительные картографические миссии. Учитывая температуры и давление в этих местах, стоит изучить поведение льдов, отличных от водяного, в таких холодных условиях, считает специалист по компьютерному моделированию Оркан Умурхан из Института SETI, создавший модели, подтвердившие возможность таяния азотного льда у подножия ледников Плутона.

«Я думаю, что огромное значение этих результатов и интригующая картина, которую они создают, являются веской мотивацией и причиной для дальнейшего изучения физики твердого азота при очень низких температурах», — сказал Умурхан. «В частности, важно изучить физические процессы, происходящие в твердых азотсодержащих материалах под воздействием напряжений и деформаций, которые могут привести к их плавлению. Эти процессы никогда не изучались в лабораторных условиях в достаточно подробном виде».

Группа исследователей опубликовала статью, подробно описывающую их открытия на Плутоне (ссылка ниже). Основываясь на продолжающемся изучении поверхностных слоев Плутона, они предполагают, что Тритон и карликовая планета Эрис могут дать дополнительные подсказки для понимания поведения льда на этих холодных мирах.