Откуда на Плутоне появилось ледяное сердце?

На карликовой планете Плутон есть удивительная формация, известная как регион Томбо. Она имеет форму сердца. Недавно ученые установили, что причиной ее образования стало столкновение с каким-то телом, произошедшее по касательной.
Ледяное сердце Плутона Тайну того, как на поверхности Плутона появился гигантский ледник, похожий на ледяное сердце, наконец раскрыла международная команда астрофизиков из Бернского университета и Национального центра компетенций в исследованиях (NCCR) PlanetS. Команда впервые успешно воссоздала его необычную форму с помощью численного моделирования, объяснив ее гигантским и достаточно медленным ударом под острым углом.
С тех пор, как камеры американского зонда New Horizons в 2015 году обнаружили большую структуру в форме сердца на поверхности карликовой планеты Плутон, она постоянно озадачивала ученых своей уникальной формой, составом и высотой. Команда планетологов из Бернского университета, вместе с несколькими сотрудниками NCCR PlanetS и Университета Аризоны в Тусоне использовала численное моделирование, чтобы исследовать происхождение Равнины Спутник — западной каплевидной части сердцеобразной области поверхности.
Согласно их исследованиям, ранняя история Плутона была отмечена катаклизмом, в результате которого и образовалась Равнина Спутник — столкновением с планетоподобным телом диаметром около 700 км, что примерно вдвое превышает размер Швейцарии с востока на запад. Выводы команды, недавно опубликованные в журнале Nature Astronomy, также свидетельствуют о том, что внутренняя структура карликовой планеты отличается от того, как ее представляли ранее, что означает, что там нет подповерхностного океана.
Столкновение по касательной «Ледяное сердце» Плутона не состоит из одного элемента. Равнина Спутник, которая является его западной частью, занимает площадь 1200×2000 км — это эквивалентно четверти Европы или Соединенных Штатов. Поражает то, что этот регион на три-четыре километра ниже, чем большая часть плутонианской поверхности. Восточная часть «сердца» также покрыта похожим, но гораздо тоньшим слоем азотного льда, происхождение которого пока неясно, но, вероятно, связано с этой структурой.
«Вытянутая форма Равнины Спутник убедительно свидетельствует о том, что удар был не прямым лобовым столкновением, а скорее произошел по касательной», — отмечает инициатор исследования доктор Мартин Ютци из Бернского университета. Его команда, а также несколько других со всего мира, использовала свое программное обеспечение для моделирования гидродинамики сглаженных частиц (SPH) для цифрового воссоздания подобных событий, изменяя как состав Плутона, так и тела, с которым он столкнулся, а также скорость и угол столкновения. Эти симуляции подтвердили подозрения ученых относительно столкновения под острым углом и позволили определить состав ударного тела.
Ядро Плутона настолько холодное, что горные породы остались очень твердыми и не расплавились, несмотря на тепло от удара. Кроме того, благодаря его углу и низкой скорости ядро импактора не погрузилось в карликовую планету, а выпало на ее поверхность в виде осколков.
На Плутоне нет подповерхностного океана Исследование также несколько рассказало о внутренней структуре Плутона. На самом деле гигантский удар, подобный смоделированному, гораздо вероятнее, чем тот, который произошел на очень раннем этапе плутонианской истории. Однако это создает проблему: гигантская впадина вроде Равнины Спутник по законам физики должна со временем медленно двигаться к полюсу карликовой планеты, поскольку она имеет дефицит массы. Однако она парадоксальным образом остается возле экватора.
Предыдущее теоретическое объяснение заключалось в том, что Плутон, как и несколько других подобных тел во внешней Солнечной системе, имеет подповерхностный океан жидкой воды. Согласно этому предыдущему объяснению, ледяная кора была бы тоньше в районе Равнины Спутник, что привело бы к «выпячиванию» океана, а поскольку жидкая вода плотнее льда, в результате образовался бы избыток массы, который вызвал бы миграцию к экватору.
Однако новое исследование предлагает альтернативную перспективу. «В наших симуляциях вся первичная мантия Плутона была нарушена в результате столкновения, и когда материал ядра тела выпал на ядро Плутона, он создал локальный избыток массы, который может объяснить миграцию к экватору без подземного океана, или, по крайней мере, с очень тонким океаном», — объясняет Мартин Ютци.
Доктор Эдин Дентон из Университета Аризоны, которая также является соавтором исследования, в настоящее время реализует новый исследовательский проект, чтобы оценить скорость этой миграции. «Это новое и изобретательное объяснение сердцеобразной структуры может привести к лучшему пониманию происхождения Плутона», — подытоживает она.