Zdá se nepravděpodobné, že by oceán mohl přetrvávat na světě, který se nikdy nepřiblíží blíže než 30 astronomických jednotek od Slunce. Ale to je případ Pluta. Důkazy ukazují, že má podpovrchový oceán o tloušťce 100 až 180 km na hranici mezi jádrem a pláštěm. jiný Předměty Kuiperova pásu může být podobný.
Ale možná se krátí čas pro tyto pohřbené oceány, které se jednoho dne promění v led.
Po dlouhou dobu se přemýšlení o Plutově oceánu soustředilo na jednu otázku: Jak přežil Plutův oceán do dnešních dnů? V této otázce je zakotven přijatý scénář pro vznik Pluta: ledový trpaslík vznikl jako zmrzlá koule ledu a skály. Některá z těchto hornin prošla radioaktivním rozpadem, přičemž se uvolnilo dostatek tepla k roztavení části ledu, čímž se vytvořil podpovrchový oceán pokrytý vrstvou ledu.
Nová studie však nabádá astronomy, aby přehodnotili původ Pluta.
Nová studie se jmenuje „ Důkaz horkého startu a časného vzniku oceánu na Plutu. “ Hlavním autorem je Carver Bierson, postgraduální student na University of California, Santa Cruz. Článek je publikován v časopise Nature Geoscience.
Tento scénář „horkého startu“ říká, že Pluto nezačalo jako zmrzlá koule a poté nerozvinulo svůj oceán. Místo toho akrece materiálu během formování Pluta vytvořila dostatek tepla k vytvoření oceánu, když byla vytvořena samotná trpasličí planeta. A navzdory velké vzdálenosti Pluta od Slunce tento oceán přetrvává miliardy let.
Tento výřezový snímek Pluta ukazuje řez oblastí Sputnik Planitia, přičemž tmavě modrá představuje podpovrchový oceán a světle modrá zamrzlá kůra. Umělecké dílo od Pam Engebretson, s laskavým svolením UC Santa Cruz.
V tomto scénáři horkého startu přišel radioaktivní rozpad později. Tento rozpad nevytvořil podpovrchový oceán; jen to udržovalo dodnes a bránilo vší té vodě zamrznout. Důkaz z Nové horizonty NASA mise tento scénář podporuje.
'Dlouhou dobu lidé přemýšleli o tepelném vývoji Pluta a schopnosti oceánu přežít až do současnosti,' řekl spoluautor Francis Nimmo, profesor věd o Zemi a planetách na UC Santa Cruz. „Nyní, když máme snímky povrchu Pluta z mise NASA New Horizons, můžeme porovnat to, co vidíme, s předpověďmi různých modelů tepelného vývoje,“ řekl Nimmo tisková zpráva .
Na rozdíl od jiných kapalin se voda rozpíná, když zmrzne, a smršťuje se, když taje. To zanechává na povrchu Pluta výmluvné znaky. Tyto znaky se liší pro scénář se studeným startem a pro scénář se studeným startem.
„Kdyby začalo být studené a led uvnitř roztál, Pluto by se stáhlo a na jeho povrchu bychom měli vidět kompresní prvky, zatímco kdyby začalo horko, mělo by se roztáhnout, protože oceán zamrzl, a na povrchu bychom měli vidět rozšíření,“ řekl. hlavní autor Bierson. 'Vidíme spoustu důkazů expanze, ale nevidíme žádný důkaz komprese, takže pozorování jsou více konzistentní s Plutem počínaje tekutým oceánem.'
Rozšířené chyby (šipky) na povrchu Pluta ukazují expanzi ledové kůry trpasličí planety, připisovanou zamrznutí podpovrchového oceánu. (Obrazový kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker)
Znaky scénáře horkého startu však není snadné dešifrovat. Pluto, jako každé těleso, má komplikovanou historii, která trvá miliardy let. Vyžadovalo to nějaké vědecké pátrání, abychom na to všechno přišli.
Pluto se studeným startem by mělo komplikovaný vývoj a zanechalo by na jeho povrchu známky tepelného a tektonického vývoje. Pokud by to začalo za studena, pak bylo zahřáto radioaktivním rozpadem, roztavilo by se a nakonec by začalo znovu zamrzat. To by zanechalo výmluvné známky expanze v pozdějších a moderních dobách, protože led tál a voda expandovala. Ale zanechalo by to důkazy o kontrakci v dávných dobách.
Důkazy by byly jiné u Pluta s horkým startem. V tomto scénáři by důkazy o rozšíření pokrývaly celou historii Pluta, protože nemělo kam jít, než aby bylo chladnější, což znamená pokračující expanzi. Samozřejmě, čím dále do minulosti se vědci snaží hledat, tím obtížnější je najít důkazy.
Tento obrázek ze studie porovnává model studeného startu (vlevo) s modelem horkého startu (vpravo). Na horních panelech plná hnědá čára označuje vrchol skalnatého jádra a černá čára vrchol oceánu. Červená čára označuje jmenovitou základnu elastické vrstvy. Spodní panel zobrazuje prodlužovací/kompresní napětí na povrchu Pluta pro každý model. Obrazový kredit: Bierson et al, 2020.
'Nejstarší povrchové útvary na Plutu je těžší zjistit, ale vypadá to, že povrch byl jak starověký, tak moderní,' řekl Nimmo.
Ale povrchové důkazy jsou pouze jednou částí této studie. Výzkumníci se také zeptali na další relevantní otázku: bylo dost energie na to, aby Pluto nastartovalo?
'To, jak bylo Pluto sestaveno, je velmi důležité pro jeho tepelný vývoj.'
Francis Nimmo, spoluautor studie, profesor věd o Zemi a planetárních věd na UC Santa Cruz
Pluto je příliš daleko od Slunce, aby od hvězdy získalo hodně tepla. Měl pouze dva zdroje tepla: teplo z radioaktivního rozpadu a teplo z nového materiálu bombardujícího rostoucí mladou planetu.
Když materiál narazí na těleso jako mladé Pluto, gravitační energie nárazu se přemění na teplo. V závislosti na časové ose formování Pluta Biersonovy výpočty ukázaly, že nárazy mohly vytvořit dostatek tepla k udržení kapalné vody. Ale pouze v případě, že by bylo veškeré to teplo zachováno, což je nepravděpodobné.
Ilustrace protoplanetárního disku. Planety splývají ze zbývajícího molekulárního mračna, ze kterého hvězda vznikla. Když se materiál srazil s raným Plutem, srážky vytvořily teplo. Poděkování: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) – únor 2005
Část tepla by nevyhnutelně unikla do vesmíru. Pokud by Pluto rostlo pomalu a přibývalo materiál v delším časovém měřítku, pak by se velká část tepla rozptýlila do vesmíru. Ale pokud by byl nový materiál pohřben jiným materiálem rychleji, teplo by bylo zachyceno.
'To, jak bylo Pluto složeno, je velmi důležité pro jeho tepelný vývoj,' řekl Nimmo. 'Pokud se hromadí příliš pomalu, horký materiál na povrchu vyzařuje energii do vesmíru, ale pokud se hromadí dostatečně rychle, teplo se zachytí uvnitř.'
Pro scénář horkého startu existuje kritický časový práh: 30 000 let. Podle výzkumníků, pokud vznik Pluta trval 30 000 let nebo méně, pak je horký start platný. Nebylo by dost času, aby se počáteční teplo rozptýlilo.
Ale pokud by to trvalo déle a pokud by Pluto přibývalo po miliony let, pak scénář studeného startu odpovídá důkazům. Jediný způsob, jak by scénář horkého startu mohl přežít tak dlouhé období narůstání, je, kdyby existovaly impaktory, které by pohřbily jejich teplo hluboko pod povrchem Pluta.
A to nás přivádí ke Sputniku Planitia. Sputnik Planitia (SP) je velká impaktní pánev na povrchu Pluta o průměru 1500 km (930 mil). SP se skládá z ledu, především dusíkového ledu. Je to pravděpodobně velká impaktní pánev, která shromáždila tento led v průběhu času po jeho vytvoření.
Kosmická sonda NASA New Horizons zachytila tento snímek Sputnik Planitia – ledovcové rozlohy bohaté na dusík, oxid uhelnatý a metan – tvořící levý lalok útvaru ve tvaru srdce na povrchu Pluta. Poděkování: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Sputnik Planitia poskytuje některá omezení pro modely s horkým a studeným startem. Vědci si nejsou jisti přesnou hloubkou veškerého ledu v SP, ale rozumný odhad je 10 km (6,2 mil), což je obrovská hloubka. Aby byla tato hloubka přesná, musela by existovat elastická tloušťka v litosféře pod SP 40 km (25 mil). Ve scénáři horkého startu by požadované elastické tloušťky mohlo být dosaženo asi za 100 milionů let po vytvoření. Ve scénáři studeného startu není nikdy dosaženo elastické tloušťky 40 km.
Pluto je a Objekt Kuiperova pásu , takže výsledky této studie by se mohly rozšířit i na další KBO. 'Naše výsledky naznačují, že počáteční oceány s tekutou vodou byly obecným rysem větších trpasličích planet v Kuiperově pásu,' napsali.
Autoři také uvažovali Charonův potenciál hostit oceán s horkým startem. „...horký start, který předpokládáme, je pravděpodobně relevantní pouze pro tělesa o poloměru zhruba poloviny Pluta nebo více. Charon, v polovině poloměru Pluta, je proto poučný. Absence jakýchkoli kompresních prvků na Charonu naznačuje, že Charon také prošel horkým startem, i když v tomto případě se neočekává, že by oceán přežil do současnosti.“
Umělecká ilustrace Makemake, objektu Kuiper Belt (KBO) objeveného v roce 2005. Stejně jako ostatní KBO mohla mít hotový start a může mít i dnes podpovrchový oceán. Obrazový kredit: NASA
Většina KBO je příliš malá na to, aby oceány přetrvávaly tak dlouho. Ale pro větší objekty jako Eris a Makamake mohou oceány s horkým startem stále existovat. 'Dokonce i v tomto chladném prostředí tak daleko od Slunce se všechny tyto světy mohly zformovat rychle a horké s tekutými oceány,' řekl Bierson.
Ale tyto oceány jsou odsouzeny k záhubě. Pokud mají nějaký potenciál hostit život a pokud tam něco žije, jejich předpověď není dobrá. Nakonec radioaktivní rozpad skončí a jediný zdroj tepla zmizí. Jakékoli podpovrchové oceány nevyhnutelně navždy zamrznou.
Více:
- Tisková zpráva: Důkazy podporují scénář „horkého startu“ a časnou tvorbu oceánu na Plutu
- Výzkumný papír: Důkaz horkého startu a časného vzniku oceánu na Plutu
- Vesmír dnes: NASA nyní zvažuje misi Pluto Orbiter
