Η κοσμική σύγκρουση που έκανε την καρδιά του Πλούτωνα

Μυστικό πώς Πλούτων Τέλος, ένα γιγάντιο χαρακτηριστικό σε σχήμα καρδιάς στην επιφάνειά του επιλύθηκε από μια διεθνή ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής τον… Πανεπιστήμιο της Βέρνης και μέλη του National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS. Η ομάδα είναι η πρώτη που αναπαράγει με επιτυχία το ασυνήθιστο σχήμα χρησιμοποιώντας ψηφιακές προσομοιώσεις και το αποδίδει στην επίδραση της γιγάντιας, αργής γωνίας κλίσης.

Από κάμερες NASAΗ αποστολή New Horizons ανακάλυψε μια μεγάλη δομή σε σχήμα καρδιάς στην επιφάνεια του νάνου πλανήτη Πλούτωνα το 2015. Αυτή η «καρδιά» μπέρδεψε τους επιστήμονες λόγω του μοναδικού σχήματος, της γεωλογικής σύνθεσης και του ύψους της. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βέρνης στην Ελβετία και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα χρησιμοποίησαν αριθμητικές προσομοιώσεις για να διερευνήσουν την προέλευση του Sputnik Planitia, του δυτικού τμήματος σε σχήμα δακρύου του επιφανειακού χαρακτηριστικού του πυρήνα του Πλούτωνα.

Σύμφωνα με την έρευνά τους, η πρώιμη ιστορία του Πλούτωνα σημαδεύτηκε από ένα κατακλυσμικό γεγονός που οδήγησε στον σχηματισμό του Sputnik Planitia: τη σύγκρουσή του με ένα πλανητικό σώμα διαμέτρου μόλις 400 μιλίων, περίπου στο μέγεθος της Αριζόνα από βορρά προς νότο. Τα ευρήματα της ομάδας, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο Αστρονομία της φύσηςΥποδεικνύει επίσης ότι η εσωτερική δομή του Πλούτωνα είναι διαφορετική από ό,τι υποτίθεται προηγουμένως, υποδηλώνοντας ότι δεν υπάρχει υπόγειος ωκεανός.

«Ο σχηματισμός του Sputnik Planitia παρέχει ένα σημαντικό παράθυρο στις πρώιμες περιόδους της ιστορίας του Πλούτωνα», δήλωσε ο Adeniy Denton, πλανητικός επιστήμονας στο Lunar and Planetary Laboratory στην Αριζόνα, ο οποίος συνέγραψε την εργασία. «Επεκτείνοντας τις έρευνές μας για να συμπεριλάβουμε πιο ασυνήθιστα σενάρια σχηματισμού, μάθαμε μερικές εντελώς νέες δυνατότητες για την εξέλιξη του Πλούτωνα, οι οποίες θα μπορούσαν να ισχύουν για άλλα αντικείμενα». Ζώνη Kuiper Τα αντικείμενα επίσης».

Άποψη του Πλούτωνα που τραβήχτηκε από το διαστημικό ανιχνευτή New Horizons της NASA στις 14 Ιουλίου 2015. Πηγή εικόνας: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwestern Research Institute

Διχασμένη καρδιά

Η «καρδιά», γνωστή και ως tombo regio, τράβηξε την προσοχή του κοινού αμέσως μετά την ανακάλυψή της. Αλλά τράβηξε αμέσως την προσοχή των επιστημόνων επειδή είναι καλυμμένο με ένα υλικό υψηλής αλβέδος που αντανακλά περισσότερο φως από το περιβάλλον του, δημιουργώντας ένα πιο λευκό χρώμα. Όμως η καρδιά δεν αποτελείται από ένα μόνο στοιχείο. Το Sputnik Planitia καλύπτει μια περιοχή περίπου 750 επί 1.250 μίλια, περίπου το ένα τέταρτο του μεγέθους της Ευρώπης ή των Ηνωμένων Πολιτειών. Αλλά αυτό που είναι εντυπωσιακό είναι ότι το υψόμετρο αυτής της περιοχής είναι περίπου 2,5 μίλια χαμηλότερο από το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του Πλούτωνα.

«Ενώ η συντριπτική πλειονότητα της επιφάνειας του Πλούτωνα αποτελείται από πάγο μεθανίου και τα παράγωγά του που καλύπτουν μια κρούστα πάγου νερού, η Planitia είναι κυρίως γεμάτη με πάγο αζώτου, ο οποίος πιθανότατα συσσωρεύτηκε γρήγορα μετά την πρόσκρουση λόγω του χαμηλού υψομέτρου», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας. Από τη μελέτη ήταν ο Harry Ballantyne, ένας επιστημονικός συνεργάτης στη Βέρνη. Το ανατολικό τμήμα του πυρήνα καλύπτεται επίσης από ένα παρόμοιο αλλά πολύ πιο λεπτό στρώμα πάγου αζώτου, η προέλευση του οποίου παραμένει ασαφής για τους επιστήμονες, αλλά πιθανότατα σχετίζεται με τον Sputnik Planitia.

Κεκλιμένο εφέ

Το επίμηκες σχήμα και η θέση του Sputnik Planitia στον ισημερινό υποδηλώνουν έντονα ότι η πρόσκρουση δεν ήταν μια άμεση σύγκρουση αλλά μάλλον μια λοξή πρόσκρουση, σύμφωνα με τον Martin Goetze του Πανεπιστημίου της Βέρνης, ο οποίος ξεκίνησε τη μελέτη. Όπως πολλοί άλλοι σε όλο τον κόσμο, η ομάδα χρησιμοποίησε λογισμικό προσομοίωσης υδροδυναμικής λείων σωματιδίων για να αναδημιουργήσει ψηφιακά τέτοιες κρούσεις, διαφοροποιώντας τη διαμόρφωση του Πλούτωνα και του σώματος κρούσης του, καθώς και την ταχύτητα και τη γωνία του σώματος κρούσης. Αυτές οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν τις υποψίες των επιστημόνων για την λοξή γωνία πρόσκρουσης και προσδιόρισαν τη διαμόρφωση του αντικειμένου κρούσης.

«Ο πυρήνας του Πλούτωνα είναι τόσο ψυχρός που ο βράχος παρέμεινε πολύ στερεός και δεν έλιωσε παρά τη θερμότητα της πρόσκρουσης, και χάρη στη γωνία πρόσκρουσης και τη χαμηλή ταχύτητα, ο πυρήνας πρόσκρουσης δεν βυθίστηκε στον πυρήνα του Πλούτωνα, αλλά παρέμεινε άθικτος ως χτύπημα Σε αυτό», είπε ο Ballantyne «Αυτή ήταν η θεμελιώδης δύναμη και η χαμηλή ταχύτητα είναι το κλειδί για την επιτυχία αυτών των προσομοιώσεων: Η χαμηλή δύναμη θα οδηγήσει σε ένα εξαιρετικά συμμετρικό χαρακτηριστικό της επιφάνειας που δεν μοιάζει καθόλου με το σχήμα δακρύων που παρατηρήθηκε από το New της NASA. Το Horizons ανιχνεύει κατά τη διάρκεια της πτήσης του στον Πλούτωνα το 2015.

“Έχουμε συνηθίσει να θεωρούμε τις πλανητικές συγκρούσεις ως απίστευτα έντονα γεγονότα όπου μπορείτε να αγνοήσετε τις λεπτομέρειες εκτός από πράγματα όπως η ενέργεια, η ορμή και η πυκνότητα”, δήλωσε ο Eric Asfaugh, καθηγητής Σεληνιακού και Πλανητικού Εργαστηρίου και συν-συγγραφέας της μελέτης. συνεργάστηκε με την ερευνητική ομάδα. Από το 2011, Ελβετοί συνάδελφοι διερευνούν την ιδέα των πλανητικών «εκρήξεων» για να εξηγήσουν, για παράδειγμα, χαρακτηριστικά στην μακρινή πλευρά του φεγγαριού της Γης. “Στο μακρινό ηλιακό σύστημα, οι ταχύτητες είναι πολύ πιο αργές από εκείνες που βρίσκονται πιο κοντά στον Ήλιο και ο συμπαγής πάγος είναι ισχυρός, επομένως πρέπει να είστε πιο ακριβείς στους υπολογισμούς σας. Από εκεί αρχίζει η διασκέδαση.”

Δεν υπάρχει υπόγειος ωκεανός στον Πλούτωνα

Η τρέχουσα μελέτη ρίχνει νέο φως και στην εσωτερική δομή του Πλούτωνα. Στην πραγματικότητα, μια γιγαντιαία πρόσκρουση όπως αυτή που προσομοιώθηκε πιθανότατα συνέβη πολύ νωρίτερα στην ιστορία του Πλούτωνα από ό,τι στη σύγχρονη εποχή. Ωστόσο, αυτό δημιουργεί ένα πρόβλημα: μια γιγάντια κατάθλιψη όπως ο Sputnik Planitia αναμένεται να παρασυρθεί αργά προς τον πόλο του νάνου πλανήτη με την πάροδο του χρόνου λόγω των νόμων της φυσικής, επειδή είναι λιγότερο μάζα από το περιβάλλον του. Ωστόσο, παρέμεινε κοντά στον ισημερινό. Η προηγούμενη θεωρητική εξήγηση βασίστηκε στην ύπαρξη ενός υγρού νερού ωκεανού κάτω από την επιφάνεια της Γης, παρόμοιου με πολλά άλλα πλανητικά σώματα στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, ο παγωμένος φλοιός του Πλούτωνα θα ήταν λεπτότερος στην περιοχή Sputnik Planitia, προκαλώντας διόγκωση του ωκεανού προς τα πάνω και δεδομένου ότι το υγρό νερό είναι πιο πυκνό από τον πάγο, προκαλώντας ένα πλεόνασμα μάζας που θα τον αναγκάσει να μεταναστεύσει προς τον ισημερινό.

Η νέα μελέτη προσφέρει μια εναλλακτική άποψη, σύμφωνα με τους συγγραφείς, υποδεικνύοντας προσομοιώσεις στις οποίες ο αρχέγονος μανδύας του Πλούτωνα ανασκάπτεται πλήρως από την κρούση και καθώς το υλικό του πυρήνα του κρουστικού εκκρεμούς πέφτει στον πυρήνα του Πλούτωνα, δημιουργεί ένα τοπικό πλεόνασμα μάζας που θα μπορούσε να εξηγήσει τη μετανάστευση προς τον ισημερινό χωρίς… Υπόγειο ωκεανό, ή το πολύ πολύ λεπτό ωκεανό.

Ο Ντέντον, ο οποίος έχει ήδη ξεκινήσει ένα ερευνητικό πρόγραμμα για την εκτίμηση της ταχύτητας αυτής της μετανάστευσης, είπε ότι η νέα και καινοτόμος υπόθεση προέλευσης για το χαρακτηριστικό σε σχήμα καρδιάς του Πλούτωνα μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση της προέλευσης του πλανήτη νάνου.

Παραπομπή: «Sputnik Planitia ως σημεία πρόσκρουσης κατάλοιπα στην αρχαία βράχο μάζα στον Πλούτωνα χωρίς ωκεανούς» από τον Χάρι Α. Ballantyne, Eric Asfough και C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber και Martin Goetze, 15 Απριλίου 2024, Αστρονομία της φύσης.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1