Аккреция материала во время образования Плутона могла генерировать необходимое количество тепла для существования жидкой воды на его поверхности. Новые исследования показывают, что эта карликовая планета могла иметь океан с тысяч лет своей жизни, куда раньше, чем Земля. Ученые полагают, что этот океан сохранился под ледяной корой и по сей день, несмотря на то, что Плутон вращается очень далеко от Солнца в холодных внешних областях Солнечной системы.
Исследования, проведенные до настоящего времени, предполагали, что Плутон был образован из холодных скал и ледяных глыб, которые собирались вместе под действием силы тяжести в отдаленном поясе Койпера, обширной области за орбитой Нептуна, где преобладают все более и более крупные астероиды и карликовые планеты. Хотя есть свидетельства того, что у Плутона теперь есть жидкий океан под толстой, замерзшей корой, исследователи до сих пор предполагали, что этот подповерхностный океан образовался задолго до образования Плутона, и лед растаял в результате тепла от радиоактивных элементов, присутствующих в породах Плутона.
Новая концепция, предложенная учеными из Калифорнийского университета в Санта-Крус, переворачивает предыдущие исследования с ног на голову. Так называемый сценарий «Горячий старт», представленный на страницах журнала Nature Geoscience, указывает на то, что у Плутона и других крупных объектов пояса Койпера уже на начальной стадии их существования были жидкие океаны, которые медленно замерзали. Ученые пришли к такому выводу, сравнив различные тепловые моделирования внутренней части Плутона с наблюдениями за карликовой планетой, выполненными космическим зондом New Horizons.
Океан в Плутоне
В июле 2015 года космический аппарат NASA New Horizons («Новые горизонты») пролетел рядом с Плутоном, предоставив первые подробные изображения этой далекой карликовой планеты и ее спутников. На фотографиях показана неожиданная топография объекта. Видимые на них тектонические особенности, такие как глубокие трещины, указывают на происхождение процессов замерзания, происходящих под поверхностью.
Термическая эволюция Плутона и выживание его подземного океана уже давно рассматриваются, - сказал Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета в Санта-Крус (UCSC), соавтор исследования. - Теперь, когда у нас есть снимки поверхности Плутона из миссии NASA «Новые горизонты», мы можем сравнить то, что мы видим, с прогнозами различных моделей тепловой эволюции, - добавил он.
Поскольку вода расширяется, когда она замерзает, и сжимается, когда она тает, рассматриваемые сценарии «горячего» и «холодного» старта имеют различные последствия для тектоники и возникающих в результате особенностей поверхности Плутона.
Если у Плутона был «холодный старт» и лед таял из-за распада радиоактивных элементов, Плутон сжался бы, и мы должны увидеть особенности этого сжатия на его поверхности. Однако, если это началось с «горячего старта», кора должна расширяться, когда океан замерзает, и мы должны видеть эти особенности на его поверхности. Мы видим много следов расширения, но не видим никаких признаков сжатия. Наши наблюдения более соответствуют концепции, согласно которой Плутон имел океаническую жидкость на ранней стадии, - пояснил Карвер Биерсон из UCSC, ведущий автор исследования.
Когда мы смотрим на Плутон сегодня, мы видим очень холодный, замороженный мир с температурой около 45 Кельвинов (-228 градусов по Цельсию). Удивительно, что, глядя на геологию, записанную на его поверхности, мы можем заключить, что Плутон сформировался очень быстро, и этот процесс достаточно прогрел его внутреннюю часть для создания подземного водного океана, - признал Биерсон.
Основные данные исследовательской миссии New Horizons
Исследователи сравнили геологические наблюдения Плутона, полученные космическим зондом «Новые горизонты», с различными компьютерными моделями происхождения и эволюции Плутона. Они обнаружили, что самые старые части поверхности Плутона не имели явных признаков сжатия.
Самые старые поверхностные элементы труднее всего обнаружить, но похоже, что расширение было как в самой ранней истории Плутона, так и в новой, - сказал Ниммо.
Следующий вопрос состоял в том, было ли достаточно энергии для Плутона, чтобы иметь «горячий старт». Исследователи предложили два основных источника энергии - тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов внутри карликовой планеты, и энергия, выделяющаяся при бомбардировке поверхности Плутона астероидами и более мелкими кусочками породы на ранней стадии эволюции объекта.
Расчеты Биерсона показали, что, если вся энергия от метеорных ударов будет сохранена в виде тепла, это неизбежно приведет к жидкому океану. На практике, однако, значительная часть этой энергии будет излучаться в космос. Исследователи отметили, что «горячий старт» позволил бы создать карликовую планету с помощью интенсивной бомбардировки камнями менее чем за 30 000 лет.
Затем, по мнению исследователей, после того, как объект остыл и ледяная кора быстро начала рости, тепло от распада радиоактивных элементов стало основным фактором расширения плутонианской коры.
Новые результаты показывают, что другие крупные объекты пояса Койпера, возможно, также имели «горячий старт» и океаны жидкой воды на ранней стадии эволюции. Эти океаны могут существовать до наших дней на крупнейших объектах пояса Койпера, на карликовых планетах Эрида и Макемаке.
Даже в такой холодной среде, вдали от Солнца, все эти миры могли бы сформироваться быстро и с жидкими океанами, - подчеркнул Биерсон.
Источник: Университет Калифорнии, Санта-Круз
