Данные подтверждают сценарий «горячего старта» и раннее формирование океана на Плутоне

Аккреция нового материала во время формирования Плутона, возможно, произвела достаточно тепла, чтобы создать жидкий океан, который сохранился под ледяной корой до сегодняшнего дня, несмотря на то, что орбита карликовой планеты находится далеко от солнца в холодных внешних пределах солнечной системы.

Этот сценарий «горячего старта», представленный в статье, опубликованной 22 июня в журнале Nature Geoscience , контрастирует с традиционным представлением о происхождении Плутона как шара из замороженного льда и камня, в котором радиоактивный распад в конечном итоге мог генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед и образовать подземный океан.

«В течение долгого времени люди думали о тепловой эволюции Плутона и способности океана выживать до наших дней», — сказал соавтор Фрэнсис Ниммо, профессор наук о Земле и планетах в Калифорнийском университете в Санта-Круз. «Теперь, когда у нас есть изображения поверхности Плутона из миссии НАСА« Новые горизонты », мы можем сравнить то, что мы видим, с предсказаниями различных моделей тепловой эволюции».

Поскольку вода расширяется, когда она замерзает, и сжимается, когда она тает, сценарии горячего старта и холодного старта имеют различные последствия для тектоники и возникающих поверхностных особенностей Плутона, объяснил первый автор и аспирант UCSC Карвер Биерсон.

«Если бы начался холод, а лед внутренне растаял, Плутон заключил бы контракт, и мы бы увидели признаки сжатия на его поверхности, тогда как если бы он начал нагреваться, он должен был бы расширяться по мере того, как океан замерзал, и мы должны видеть элементы расширения на поверхности», — Биерсон сказал. «Мы видим много свидетельств расширения, но мы не видим никаких свидетельств сжатия, поэтому наблюдения более согласуются с тем, что Плутон начинает с жидкого океана».

Термическая и тектоническая эволюция Плутона с холодным стартом на самом деле немного сложна, потому что после начального периода постепенного таяния подземный океан начнет замерзать. Таким образом, сжатие поверхности произойдет на ранней стадии, а затем последует расширение. С горячим началом, расширение будет происходить на протяжении всей истории Плутона.

«Самые старые поверхностные элементы на Плутоне сложнее понять, но, похоже, существовало как древнее, так и современное расширение поверхности», — сказал Ниммо.

Следующий вопрос состоял в том, было ли достаточно энергии, чтобы дать Плутону горячий старт. Двумя основными источниками энергии будут тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов в породе, и гравитационная энергия, выделяющаяся при бомбардировке нового материала поверхностью растущей протопланеты.

Расчеты Биерсона показали, что если бы вся гравитационная энергия была сохранена в виде тепла, это неизбежно создало бы первоначальный жидкий океан. На практике, однако, значительная часть этой энергии будет излучаться от поверхности, особенно если аккреция нового материала происходит медленно.

«То, как Плутон был собран во-первых, очень важно для его тепловой эволюции», — сказал Ниммо. «Если он накапливается слишком медленно, горячий материал на поверхности излучает энергию в космос, но если он накапливается достаточно быстро, тепло задерживается внутри».

Исследователи подсчитали, что если бы Плутон сформировался менее чем за 30 000 лет, то это началось бы жарко. Если бы вместо этого аккреция происходила в течение нескольких миллионов лет, горячий старт был бы возможен только в том случае, если бы крупные ударные элементы закопали свою энергию глубоко под поверхностью.

Новые результаты предполагают, что другие крупные объекты пояса Койпера, вероятно, также начинали нагреваться и могли иметь ранние океаны. Эти океаны могут сохраняться до наших дней в самых крупных объектах, таких как карликовые планеты Эрида и Макемаке.

«Даже в такой холодной среде, вдали от солнца, все эти миры могли образоваться быстрыми и горячими с жидкими океанами», — сказал Биерсон.

Помимо Биерсона и Ниммо, соавтором статьи был Алан Стерн в Юго-западном исследовательском институте, главном исследователе миссии «Новые горизонты».

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом — Санта-Круз . Оригинал написан Тимом Стивенсом. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Карвер Дж. Биерсон, Фрэнсис Ниммо, С. Алан Стерн. Свидетельство горячего старта и раннего образования океана на Плутоне . Nature Geoscience , 2020; DOI: 10.1038 / s41561-020-0595-0