Плутон, вероятно, имеет подземный жидкий океан в течение миллиардов лет

Открытие намекает на то, что подповерхностные океаны – обычное явление во внешних частях Солнечной системы, и это хорошая новость для тех, кто ищет внеземную жизнь.

Когда ранняя Земля еще была расплавленной массой с жидкой магмой на поверхности, Плутон и его подземный океан только формировались. И в течение миллиардов лет с тех пор жидкая плутонская вода оставалась в далекой Солнечной системе, обеспечивая потенциальное жилище для жизни. По крайней мере, таков вывод нового исследования, опубликованного 22 июня в журнале Nature Geoscience.

Исследование описывает теории ученых о ранней истории Плутона и предполагает, что другие жидкие океаны, которые когда-то считались уникальными для Земли, распространены на карликовых планетах во внешней Солнечной системе.

«Океаны повсюду. Большинство из них находятся за пределами Солнечной системы. И они могут быть пристанищем для жизни», – говорит С. Алан Стерн, астроном Юго-Западного исследовательского института и глава миссии НАСА New Horizons. «Это фундаментальное изменение нашего взгляда на Солнечную систему».

---

Погребенный океан Плутона

Когда космический корабль New Horizons пролетел мимо Плутона в 2015 году, он выявил настолько активную и сложную геологию поверхности, что ученые заподозрили, что когда-то под толстой ледяной корой Плутона мог быть океан, погребенный на многие км вниз. В последние годы эти подозрения были ближе к предположениям, но теперь, после анализа данных, большинство планетологов согласны с тем, что даже сегодня под поверхностью Плутона находится глобальный жидкий океан.

Но как мир, который меньше Луны и Земли, может иметь океан? И как ему удалось удержать его от замерзания в течение миллиардов лет? Благодаря новому исследованию ученые думают, что наконец-то у них есть ответы на эти вопросы.

До сих пор астрономы предполагали, что Плутон образовался из холодного вещества, очень медленно сливающегося воедино. Когда вокруг Солнца образовался пыльный диск из обломков, карликовая планета постепенно собралась из кусочков камня и льда. Став достаточно большим, внутреннее тепло Плутона растопило бы часть его льда, создав подземный океан. Скорее всего так и есть, говорят астрономы, поскольку подземный океан Плутона объясняется просто распадом радиоактивных элементов.

Но команда, стоящая за этим последним исследованием, хотела проверить эту теорию. Они хотели выяснить, был ли Плутон вначале горячим и образовался ли он в результате серии мощных ударов, как ранняя Земля.

«Мы довольно хорошо понимаем внутреннюю часть Солнечной системы», – говорит ведущий автор исследования Карвер Бирсон, аспирант Калифорнийского университета в Санта-Крус. Однако он добавляет: «Но у нас плохое понимание внешней Солнечной системы».

Положить Плутон в морозилку

Оказывается, есть способ определить, был ли Плутон горячим или холодным, просто наблюдая за поверхностью карликовой планеты. Это связано с очевидным фактом, что вода расширяется при замерзании и сжимается при таянии.

«Если вы возьмете стакан воды и положите его в морозильную камеру, этот стакан разобьется за ночь, потому что при замерзании воды он расширяется», – говорит Стерн. «То же самое и на Плутоне».

Когда вода замерзает, молекулы внутри меньше вибрируют и образуют кристаллическую структуру, которая делает лед менее плотным. Вот почему кубики льда плавают в вашем стакане.

Итак, если Плутон сначала был горячим, а затем медленно замерз, его поверхность должна была расшириться, оставив следы геологических особенностей, сформированных в результате расширения. Но если бы у Плутона был холодный старт, поверхность карликовой планеты должна показать свидетельства сжатия из далекой истории космического объекта.

Чтобы выяснить, какой из этих двух сценариев соответствует свидетельствам, команда внимательно изучила данные New Horizons в поисках признаков расширения или сжатия. Они были удивлены тем, что обнаружили.

«Мы видим земли на Плутоне, которые выглядят очень старыми, примерно возраста Солнечной системы, и мы не видим свидетельств этого сжатия», – говорит Бирсон. 

Это предполагает горячее начало. Один из таких примеров – кратеры. Удары по ледяному миру обычно образуют аккуратные круги. Но со временем все кратеры Плутона растянулись, даже те, которые находятся в самых старых ландшафтах. Однако ни один из них не сжат. Есть и другие доказательства.

Бирсон продолжил моделирование раннего образования Плутона, используя сценарий горячего старта. Он обнаружил, что если Плутон сформировался в результате быстрой последовательности сильных ударов, тепло от этих взрывов продолжало бы накапливаться. Это поддерживало бы внутренний океан Плутона в жидком состоянии.

Эта идея хорошо согласуется с другими недавними моделями ранней эволюции пояса Койпера, области ледяных объектов и карликовых планет за Нептуном. Исследования показывают, что более мелкие объекты пояса Койпера могли сформироваться всего за несколько сотен или тысяч лет.

---

«Приятно, что геология говорит нам об этом», – говорит Бирсон. «Люди, пытающиеся понять динамику [пояса Койпера], также приходят к такому выводу. Горячий старт для Плутона – это странный и неожиданный ответ»

---

Горячий старт Плутона также имеет серьезные последствия для соседей, карликовых планет: Эрида, Макемаке и Хаумеа. Если Плутон быстро сформировался горячим, то, вероятно, примерно так же образовались и другие карликовые планеты. Тем самым, астрономы опровергают старое представление о Земле как о единственном океаническом мире в нашей Солнечной системе. Вместо этого могло случиться так, что внешняя часть Солнечной системы удивительно богата жидкой водой.

«Десятки миров во внутренних и внешних солнечных системах могут иметь океаны», – говорит Стерн. «Это одно из самых глубоких открытий в планетологии космической эры».

Эти инопланетные миры могут не показаться подходящим местом для возникновения жизни. Плутон находится в среднем на расстоянии около 6,4 миллиардов км от Солнца (примерно в 40 раз дальше, чем Земля), где очень мало света достигает поверхности карликовой планеты, позволяя температуре упасть примерно до -400 градусов по Фаренгейту.

Но под ледяной поверхностью Плутона, в относительно теплом подземном океане, жизнь будет защищена от радиации и ударов астероидов.

«В океанах изнутри интересно то, что в некотором смысле они намного безопаснее для жизни», – говорит Стерн. «Вы защищены от ударов, подобных тем, от которых погибли динозавры. Вы в безопасности, если Солнце испустит вспышку или взорвется сверхновая».

Как Плутон получил свое ледяное сердце

---

Эта последняя находка добавилась к растущему количеству доказательств того, что Плутон давно имеет активный океан. И еще одна часть этой головоломки появилась только в начале этого года.

Ледяное «сердце» Плутона – самая узнаваемая особенность карликовой планеты. Область сформирована чем-то вроде гигантского ударного бассейна размером со штат Техас. Левая доля сердца состоит из ледяной равнины шириной 1000 километров, называемой Равниной Спутника(Sputnik Planitia), которая является самым большим ледником в Солнечной системе. Когда New Horizons впервые привлекла внимание к этой особенности, астрономы подумали, что она, должно быть, образовалась, когда в прошлом другой большой объект врезался в Плутон.

Однако точное местонахождение бассейна вызывает подозрение. Он находится прямо на противоположной стороне мира от большого спутника Плутона Харона. Поскольку удар мог поразить Плутон где угодно, говорит Стерн, «идея о том, что это произошло прямо напротив Харона, может быть совпадением, но мне кажется слишком сильным полагать, что это произошло полностью случайно».

Вместо этого он считает, что выравнивание между Хароном и Sputnik Planitia могло быть связано со сложным процессом, называемым “полярным блужданием”. Основываясь на моделях, ученые считают, что массивный ледник мог легко скользить по поверхности карликовой планеты, пока не оказался прямо напротив Харона. Но эта модель имеет смысл только в том случае, если у Плутона есть океан. Тем не менее, Стерн признает, что имеющиеся у них доказательства существования океана Плутона являются косвенными. 

«У нас есть несколько линий косвенных доказательств, но обычно вы не можете осудить в суде по косвенным уликам», – говорит он.

И именно поэтому Стерн и группа исследователей настаивают на создании орбитального аппарата Плутона, который не просто вернулся бы на карликовую планету, но и фактически вращался бы вокруг нее. New Horizons удалось быстро разглядеть Плутон только во время краткого пролета космической станции. Зонд сделал высококачественные изображения только 40 процентов далекого мира. И еще 40 процентов поверхности было слишком темным, чтобы New Horizons вообще что-либо разглядела. С другой стороны, орбитальный аппарат Плутона может быть построен с помощью радаров и лазерных приборов, которым не нужен видимый свет, чтобы видеть поверхность.

DOI: 10.1038/s41561-020-0595-0

---

Читайте также: New Horizons провел самое дальнее измерение по параллаксу