A kozmikus ütközés, amely Plútó szívét alkotta

A Plútóra gyakorolt ​​nagy, lassú becsapódás művészi ábrázolása, amely szív alakú szerkezetet hozott létre a felszínén. Forrás: Berni Egyetem, Thibaut Roger, szerk

Titok, hogyan Plútó Végül egy óriási, szív alakú elemet oldott meg a felszínén egy nemzetközi asztrofizikus csapat, amelyet… Berni Egyetem és a National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS tagjai. A csapat elsőként sikeresen reprodukálja a szokatlan formát digitális szimulációkkal, és ezt az óriási, lassú dőlésszög hatásának tulajdonítja.

A kamerák óta NASAA New Horizons küldetés 2015-ben egy nagy szív alakú szerkezetet fedezett fel a Plútó törpebolygó felszínén. Ez a „szív” egyedülálló alakja, geológiai összetétele és magassága miatt zavarba ejtette a tudósokat. A svájci Berni Egyetem és az Arizonai Egyetem tudósai numerikus szimulációkkal vizsgálták a Sputnik Planitia eredetét, amely a Plútó magjának könny alakú nyugati része.

Kutatásaik szerint a Plútó korai történetét egy kataklizmikus esemény jellemezte, amely a Szputnyik Planitia kialakulásához vezetett: ütközése valamivel több mint 400 mérföld átmérőjű, nagyjából Arizona méretű bolygótesttel északról délre. A csapat megállapításai, amelyeket ben tettek közzé Természet csillagászatEz azt is jelzi, hogy a Plútó belső szerkezete eltér a korábban feltételezetttől, ami arra utal, hogy nincs felszín alatti óceán.

„A Sputnik Planitia kialakulása fontos ablakot nyit a Plútó történetének korai időszakaiba” – mondta Adeniy Denton, az arizonai Hold- és Bolygólaboratórium bolygókutatója, a tanulmány társszerzője. „Azáltal, hogy vizsgálatainkat szokatlanabb formációs forgatókönyvekre is kiterjesztettük, megtudtunk néhány teljesen új lehetőséget a Plútó evolúciójára vonatkozóan, amelyek más objektumokra is vonatkozhatnak.” Kuiper öv A tárgyakat is.”

A NASA New Horizons űrszondája által 2015. július 14-én készített képe a Plútóról. Kép ​​forrása: NASA/Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma/Southwestern Research Institute

Megosztott szív

A „szív”, más néven tombo regio, felfedezése után azonnal felkeltette a közvélemény figyelmét. De azonnal felkeltette a tudósok figyelmét is, mert magas albedójú anyag borítja, amely több fényt ver vissza a környező környezetből, így fehérebb színt hoz létre. De a szív nem egyetlen elemből áll. A Sputnik Planitia körülbelül 750 x 1250 mérföldes területet fed le, ami körülbelül egynegyede Európa vagy az Egyesült Államok területének. De ami szembetűnő, hogy ennek a régiónak a magassága körülbelül 2,5 mérfölddel alacsonyabb, mint a Plútó felszínének nagy része.

„Míg a Plútó felszínének túlnyomó többsége metánjégből és annak származékaiból áll, amelyek egy vízjégkérget borítanak, a Planitiát többnyire nitrogénjég tölti ki, amely valószínűleg gyorsan felhalmozódott a becsapódás után az alacsony magasság miatt” – mondta a vezető szerző. A tanulmányban részt vett Harry Ballantyne, egy berni kutató munkatárs. A mag keleti részét is egy hasonló, de jóval vékonyabb nitrogénjégréteg borítja, amelynek eredete továbbra is tisztázatlan a tudósok számára, de valószínűleg a Szputnyik Planitiával áll kapcsolatban.

Ferde hatás

A tanulmányt kezdeményező Martin Goetze, a Berni Egyetem munkatársa szerint a Sputnik Planitia megnyúlt alakja és helyzete az Egyenlítőnél erősen arra utal, hogy a becsapódás nem közvetlen, hanem ferde ütközés volt. A világ többi részéhez hasonlóan a csapat is sima részecske hidrodinamikai szimulációs szoftvert használt az ilyen becsapódások digitális újraalkotására, változtatva a Plútó és ütközőtestének konfigurációját, valamint az ütközőtest sebességét és szögét. Ezek a szimulációk megerősítették a tudósok gyanúját a ferde becsapódási szöggel kapcsolatban, és meghatározták a becsapódási objektum konfigurációját.

„A Plútó magja annyira hideg, hogy a kőzet nagyon szilárd maradt és az ütközés hője ellenére sem olvadt meg, a becsapódási szögnek és az alacsony sebességnek köszönhetően pedig a becsapódási mag nem süllyedt bele a Plútó magjába, hanem ütésként sértetlen maradt. „Ez volt az alapvető erő és az alacsony sebesség ezeknek a szimulációknak a kulcsa: az alacsony erő olyan nagyon szimmetrikus felületet eredményez, amely nem hasonlít a NASA New által megfigyelt könnycsepp alakjához.” A Horizons a Plútó melletti elrepülés során szondázott 2015-ben.

„Megszoktuk, hogy a bolygók ütközései olyan hihetetlenül intenzív események, amelyek során figyelmen kívül hagyhatja a részleteket, kivéve az energiát, a lendületet és a sűrűséget” – mondta Eric Asfaugh, a Hold- és Bolygólaboratórium professzora és a tanulmány társszerzője. csapat együttműködött a kutatócsoporttal. A svájci kollégák 2011 óta kutatják a bolygói „robbanások” ötletét, hogy megmagyarázzák például a Hold túlsó oldalán található jellemzőket. „A távoli Naprendszerben a sebességek sokkal lassabbak, mint a Naphoz közelebbiek, és a szilárd jég erős, ezért pontosabbnak kell lennie a számításokban. Itt kezdődik a móka.”

A Plútón nincs felszín alatti óceán

A mostani tanulmány új megvilágításba helyezi a Plútó belső szerkezetét is. Valójában a szimulálthoz hasonló óriási becsapódás valószínűleg sokkal korábban történt a Plútó történetében, mint a modern időkben. Ez azonban problémát jelent: a Sputnik Planitiához hasonló óriási mélyedés a fizika törvényei miatt várhatóan idővel lassan a törpebolygó pólusa felé sodródik, mert kisebb tömegű, mint környezete. Azonban az egyenlítő közelében maradt. A korábbi elméleti magyarázat azon alapult, hogy a Föld felszíne alatt egy folyékony vizes óceán található, hasonlóan a külső Naprendszer sok más bolygótestéhez. E hipotézis szerint a Plútó jeges kérge vékonyabb lenne a Szputnyik Planitia régióban, amitől az óceán felfelé domborodik, és mivel a folyékony víz sűrűbb, mint a jég, tömegtöbbletet okozna, ami miatt az egyenlítő felé vándorolna.

Az új tanulmány a szerzők szerint egy alternatív nézetet kínál, olyan szimulációkra mutatva, amelyekben a Plútó primitív köpenyét teljesen kiásta a becsapódás, és mivel az ütközésmérő maganyaga a Plútó magjára esik, helyi tömegtöbbletet hoz létre, amely megmagyarázhatja a migrációt. az Egyenlítő felé A felszín alatti óceán nélkül, vagy legfeljebb egy nagyon vékony óceán.

Denton, aki már megkezdte a vándorlás sebességének becslésére irányuló kutatási projektet, azt mondta, hogy a Plútó szív alakú tulajdonságának új és innovatív eredethipotézise a törpebolygó eredetének jobb megértéséhez vezethet.

Hivatkozás: Harry A. „Sputnik Planitia, mint hatásmaradványpontok az ősi sziklatömegre az óceán nélküli Plúton” Ballantyne, Eric Asfough és C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber és Martin Goetze, 2024. április 15. Természet csillagászat.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1