Подтвержден «горячий» сценарий и раннее формирование океана на Плутоне

Сценарий «горячего формирования» контрастирует с традиционным представлением о происхождении Плутона как шара замороженного льда и камня, в котором радиоактивный распад сгенерировал достаточно тепла, чтобы растопить лед и образовать подземный океан.

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

Поскольку вода расширяется, когда замерзает, и сжимается, когда тает, сценарии горячего и холодного формирования имеют различные последствия для тектоники и возникающих поверхностных особенностей Плутона, объяснил автор исследования и аспирант UCSC Карвер Бьерсон.

«По холодному сценарию если бы лед внутри Плутона растаял, мы бы увидели признаки сжатия на его поверхности. А по горячему сценарию мы увидели бы признаки расширения на поверхности по мере замерзания океана», сказал Бьерсон. «Мы видим много свидетельств расширения, но не видим никаких свидетельств сжатия, поэтому наблюдения более согласуются с тем, что Плутон начинался с жидкого океана».

Термическая и тектоническая эволюция Плутона при холодном формировании немного сложнее, потому что после начального периода постепенного таяния подземный океан начнет замерзать. Таким образом, сжатие поверхности произойдет на ранней стадии, а затем последует расширение. При горячем формировании 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 для горячего формирования Плутона. Двумя основными источниками энергии будут тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов в породе, и гравитационная энергия, выделяющаяся при ударных воздействиях астероидов.

Расчеты Бьерсона показали, что, если бы вся гравитационная энергия сохранилась в виде тепла, это неизбежно создало бы первоначальный жидкий океан. Но на практике значительная часть этой энергии будет отражаться от поверхности, особенно если аккреция нового материала происходит медленно.

«То, как Плутон формировался, очень важно для его тепловой эволюции», - сказал Ниммо. «Если он собирался 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 горячее формирование. Если бы вместо этого аккреция происходила в течение нескольких миллионов лет, горячее формирование было бы возможно только в случае, если бы крупные астероиды «закопали» всю энергию глубоко под поверхностью.

Новые результаты предполагают, что другие крупные объекты пояса Койпера также начинали нагреваться и на них могли быть 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 быстро и горячо с жидкими океанами», - сказал Бьерсон.

Статья была опубликована 22 июня в журнале Nature Geoscience.