Цивилизация
Ученые из Великобритании и Франции получили новые ответы на вопрос о том, как могли формироваться ландшафты карликовой планеты Плутон. Группа исследователей, возглавляемая Адриеном Морисоном из Эксетерского университета в Великобритании, сумела показать, как могли возникать огромные ледяные многоугольники на Равнине Спутника, названной так в честь первого советского искусственного спутника Земли. Статья об этом опубликована в журнале Nature.
Характерные ячеистые структуры — самая примечательная деталь обширного и относительно гладкого бассейна, по своим размерам превосходящего Францию, лишенного при этом кратеров и состоящего в основном из замерзшего азота с включением небольшого количества также замерзших окиси углерода и метана.
Отсутствие кратеров говорит о том, что это сравнительно молодая геологическая структура, образовавшаяся предположительно в течение последних 100 млн лет.
До сих пор формирование многоугольных структур объясняли процессами твердотельной конвекции внутри десятикилометрового слоя азотного льда, однако этим нельзя было удовлетворительно описать наблюдаемую топографию поверхности с характерным рисунком: плоские многоугольники, ограниченные узкими впадинами. К тому же загадкой оставался и достаточно мощный источник необходимого для этого нагрева.
Теперь наблюдаемые полигональные структуры удалось воспроизвести с помощью нового моделирования эффектов сублимации возле поверхности Равнины Спутника с уменьшенным на порядок тепловым потоком у основания слоя льда (~ 0,3 мВт/м2 вместо 2–3 мВт/м2). Для нового исследования ученые использовали сложные методы моделирования, показывающего, как гигантские многоугольники образуются в результате сублимации льда — явления, при котором твердый лед может превращаться в газ, минуя жидкое состояние, — и обратного процесса — десублимации. Исследовательская группа показывает, что сублимация азотного льда способствует конвекции в ледяном слое Равнины Спутника, охлаждая его поверхность за счет передачи энергии молекулам газа.
«Сублимация льда — это обычный геоморфный процесс на планетах с твердой поверхностью: например, сублимация углекислого льда рисует множество впечатляющих впадин на Южной полярной шапке Марса,
— пишут исследователи. — На Земле тоже встречаются зубчатые лезвия — так называемые пенитенты, наблюдаемые в высокогорных пустынях и связанные с сублимацией снега. А из-за специфики разреженной атмосферы Плутона ее ключевым ингредиентом считается азот (N2)». Климатические модели показывают, что именно западная часть области Томбо, обрамленной горами Хиллари и Тенцинга, где расположена Равнина Спутника, и является основным источником азотного льда, участвующего в климатических циклах.
В ходе нового исследования группа ученых провела серию численных симуляций, показавших, что охлаждение при процессах сублимации способно усиливать конвекцию приповерхностного слоя таким образом, что это согласуется с многочисленными данными, полученными от New Horizons, включая размер многоугольников, амплитуду топографических структур и скорость этих преобразований. Все это естественным образом накладывается также на временную шкалу, в рамках которой климатические модели предсказывают очередной цикл сублимации Равнины Спутника, начавшийся примерно 1-2 млн лет назад.
«Когда космический зонд New Horizon совершил единственный на сегодняшний день облет Плутона в 2015 году, собранных данных оказалось достаточно, чтобы радикально изменить наше понимание этого удаленного мира, — говорит доктор Морисон. — В частности, зонд показал, что Плутон все еще геологически активен, несмотря на то, что находится далеко от Солнца и имеет ограниченные внутренние источники энергии. Это касается и Равнины Спутника, где приповерхностные условия позволяют газообразному азоту из атмосферы Плутона находиться в сложном динамическом равновесии с твердым азотом самой равнины».
Такая обусловленная климатом динамика твердого слоя может также встречаться и на поверхности других небесных тел в Солнечной системе, включая спутник Нептуна Тритон или другие крупнейшие объекты пояса Койпера — Эриду и Макемаке.
Сближение автоматической межпланетной станции New Horizons с Плутоном состоялось 14 июля 2015 года. Полученные при этом фотографии продемонстрировали большое разнообразие ландшафтов на карликовой планете и показали, что Плутон нельзя считать мертвым объектом, на котором больше не происходит никаких изменений. Изображения включали в себя как темные древние сильно кратеризованные участки, так и яркие гладкие геологически молодые вкрапления, а также горные массивы, холмы и дюны. Происхождение многих геологических образований на Плутоне до сих пор остается предметом научных дискуссий.