В последние годы ученые собрали все больше и больше доказательств того, что под ледяной поверхностью Плутона, вероятно, существует жидкий океан воды —дикая перспектива для карликовой планеты, которая вращается вокруг Солнца почти в 40 раз дальше, чем Земля, с температурой ниже -380 градусов по Фаренгейту. Эти обстоятельства вызывают острый вопрос: как может подземный океан на Плутоне, если он действительно существует, оставаться незамерзшим?
Так же, как термос предназначен для изоляции теплого кофе от холодных элементов внешнего мира, так и Плутон сохраняет свои собственные методы изоляции, чтобы сохранить свой глобальный океан приятным и поджаренным (относительно говоря). В исследовании, опубликованном в Nature Geoscience в понедельник группа планетарных ученых продемонстрировала, что слой газа, вероятно, существует прямо под ледяной оболочкой поверхности карликовой планеты, способной обеспечить утепление океана и поддерживать достаточно высокие температуры, чтобы вещи оставались жидкими. Полученные результаты помогают примирить ряд противоречивых тайн, давая ученым, возможно, лучшее объяснение того, что происходит под поверхностью одного из самых экзотических небесных тел Солнечной системы.
У нас нет прямых наблюдений за предполагаемым подземным океаном, но есть две основные линии доказательств, которые подтверждают его существование. Во-первых, теоретические расчеты показывают, что радиоактивный распад горных пород внутри Плутона будет производить достаточно тепла для поддержания подземного океана. Во-вторых, существуют геологические особенности, соответствующие подземным океанам, такие как трещины, образовавшиеся в результате океанических рефризов.
Один из самых запоминающихся регионов Плутона называется Спутник Planitia, большой бассейн вблизи экватора и дом для западной доли знаменитого бледного “сердца” поверхности формации Плутона. Бассейны не формируются вблизи экваторов, если они не являются областями высокой плотности. Так как спутник Planitia-это дыра, масса должна быть расположена под землей; и так как лед менее плотен, чем вода, было бы разумно, чтобы глубокая лужа жидкости находилась под тонким слоем льда. Так что если где-то на Плутоне есть подземный резервуар воды, то Спутник Planitia-это то место, где вы хотите посмотреть.
Именно об этом и думал Шуничи Камата—если бы ученые могли сначала разрешить противоречие. Исследователь из Университета Хоккайдо в Японии и ведущий автор нового исследования, Камата говорит, что океан был бы признаком того, что внутри Плутона тепло, но если внутри тепло, ледяная оболочка планеты была бы достаточно мягкой, чтобы легко деформироваться, создавая достаточно ледяного потока, где оболочка могла бы превратиться в однородную глобальную форму. Существование спутника планеты не оправдало этих ожиданий, и Камата и его команда хотели знать почему.
Фрэнсис Ниммо, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крусе и соавтор исследования, говорит, что он и другие ранее полагали, что существование океана связано с концентрациями аммиака, которые придавали океану антифриз свойства и предотвращали течение льда. ” Это сделало всех немного неудобными", - говорит Ниммо. - Маловероятно, что имеется так много аммиака. Таким образом, это новое исследование было попыткой объяснить отсутствие ледяного потока, без необходимости помещать много антифриза в океан.”
Камата приступил к работе, пытаясь выяснить модель, которая могла бы согласовать все различные процессы, и в конце концов он понял, что его расчеты необходимо учитывать наличие газа.
Хотя "изоляция" - это простой способ понять, что происходит, это не так, как если бы газ работал в том же механизме, что и, скажем, изоляция, набитая внутри гипсокартона. По мере того как лед формирует, своя молекулярная структура твердеет и расширяет в кристаллическое образование. Иногда молекулы газа оказываются в ловушке внутри” клеток " льда, называемых клатратами. При образовании клатратов они увеличивают теплоизоляционные свойства льда в 10 раз. Они могут держать океан теплым и ледяную раковину холодным, предотвращающ подачу льда.
"Клатраты очень похожи на обычный лед, но если их зажечь, они очень хорошо горят", - говорит Ниммо. Газообразные молекулы в этих клатратах, как полагают, являются метаном, окруженным в основном водой. Клатраты, вероятно, формируются, поскольку они захватывают молекулы метана, пузырящиеся снизу, когда ледяная оболочка медленно утолщается. "Откуда берутся молекулы газа-хороший вопрос, - говорит он.- Они могли либо остаться с момента первоначального формирования Плутона, либо образоваться в результате реакции в Силикатном ядре Плутона, когда он нагревался.”
Камата, Ниммо и их коллеги подтвердили правильность моделей с помощью компьютерного моделирования, в котором рассматривалась эволюция температуры внутри Плутона, а также Эволюция формы ледяной поверхности оболочки. В отсутствие клатратов океан замерз бы миллиард лет назад, а ледяная оболочка распласталась бы вскоре после этого. “Он мог превратиться в огромное кометоподобное тело”,-говорит Камата. Вместо этого этот механизм является хорошей новостью для будущего подповерхностного океана, позволяя ему оставаться жидким, вероятно, миллиарды лет в будущем, и держать лед над ним жестким, как гвозди.
Это отличное объяснение, но эти модели—просто модели, а не доказательства. “Есть более точные тесты, которые часто используются для обнаружения подповерхностных океанов, но сейчас мы не можем сделать ни одного из них, либо потому, что у нас нет данных, либо потому, что Плутон не сотрудничает”, - говорит Ниммо. - Например, можно обнаружить океан по магнитной индукции, но Плутон не имеет магнитного поля. Или вы могли бы искать океан, сравнивая измеренные гравитацию и топографию, но для этого потребуется орбитальный космический корабль.”
И даже если есть океан, сам потенциальный газовый буфер еще сложнее изучать. Поскольку спутник Planitia является областью избыточной массы, мы можем измерить изменения гравитационного поля вокруг него с помощью орбитального прибора. И в принципе, мы могли бы получить изображение газа через ледяную оболочку, если бы у нас была чрезвычайно мощная радиолокационная система (то, чем будет обладать будущая миссия Europa Clipper, когда она изучит юпитерианскую Луну). И мы могли бы даже получить намек на захваченные клатраты при измерении молекул газа, проносящихся вокруг атмосферы Плутона. Но в целом, доказывая, что есть покрытие клатратов, сидящих прямо под 100-мильным ледяным щитом, расположенным в миллиардах миль, далеко не просто.
