Dowody aktywności geotermalnej na lodowych planetach karłowatych

Dowody aktywności geotermalnej na lodowych planetach karłowatych

Zespół kierowany przez Southwest Research Institute znalazł dowody na aktywność hydrotermalną lub metamorficzną na lodowych planetach karłowatych Eris i Makemake, znajdujących się w Pasie Kuipera. Metan wykryty na ich powierzchni ma charakterystyczne oznaki ciepłej, a nawet gorącej geochemii w skalistych jądrach, co znacznie różni się od sygnatury metanu pochodzącego z komety.

„Widzimy kilka interesujących oznak gorących czasów w chłodnych miejscach” – powiedział dr Christopher Glein z SwRI, ekspert w dziedzinie geochemii planet i główny autor artykułu na temat tego odkrycia. „Przystąpiłem do tego projektu z myślą, że duże obiekty Pasa Kuipera (KBO) powinny mieć starożytne powierzchnie wypełnione materiałami odziedziczonymi z pierwotnej mgławicy słonecznej, ponieważ ich zimne powierzchnie mogą zachować substancje lotne, takie jak metan. Zamiast tego Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dał Znaleźliśmy dowody wskazujące na procesy termiczne wytwarzające metan z Eris i Makemake.

Pas Kuipera to rozległy obszar ciał lodowych w kształcie pączka poza orbitą Neptuna, na skraju Układu Słonecznego. Eris i Makemake są porównywalne pod względem wielkości do Plutona i jego księżyca Charona. Ciała te prawdopodobnie powstały na początku historii naszego Układu Słonecznego, około 4,5 miliarda lat temu. Z dala od ciepła naszego Słońca uważano, że KBO to zimne, martwe obiekty. W nowo opublikowanej pracy z badań JWST dokonano pierwszych obserwacji cząsteczek izotopowych na powierzchniach Eris i Makemake. Te tak zwane izotopologie to cząsteczki zawierające atomy o różnej liczbie neutronów. Dostarczają danych przydatnych w zrozumieniu ewolucji planet.

Zespół JWST zmierzył skład powierzchni planet karłowatych, w szczególności stosunek deuteru (ciężkiego wodoru, D) do wodoru (H) w metanie. Uważa się, że deuter powstał podczas Wielkiego Wybuchu, a wodór jest najobficiej występującym jądrem we wszechświecie. Stosunek D/H na ciele planetarnym dostarcza informacji o pochodzeniu, historii geologicznej i ścieżkach powstawania związków zawierających wodór.

„Umiarkowany stosunek D/H, który zaobserwowaliśmy za pomocą JWST, przeczy obecności pierwotnego metanu na starożytnej powierzchni. Pierwotny metan miałby znacznie wyższy stosunek D/H” – powiedział Glein. „Zamiast tego stosunek D/H wskazuje na geochemiczne pochodzenie metanu wytwarzanego w głębinach. Stosunek D/H jest jak okno. Możemy go używać w pewnym sensie, aby zajrzeć pod powierzchnię. Nasze dane sugerują podwyższoną temperaturę w skaliste jądra tych światów, w których można gotować metan. Można również wytworzyć azot cząsteczkowy (N2), co widzimy na Eris. Gorące jądra mogą również wskazywać na potencjalne źródła ciekłej wody pod ich lodowymi powierzchniami.”

W ciągu ostatnich dwudziestu lat naukowcy dowiedzieli się, że lodowe światy mogą podlegać ewolucji wewnętrznej w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądzono. Dowody na istnienie podpowierzchniowych oceanów znaleziono na kilku lodowych księżycach, takich jak księżyc Saturna Enceladus i księżyc Jowisza Europa. Woda w stanie ciekłym jest jednym z kluczowych składników określających potencjalną możliwość zamieszkania na planecie. Naukowcy będą badać możliwość istnienia oceanów wodnych wewnątrz Eris i Makemake w nadchodzących latach. Jeśli którykolwiek z nich nadawałby się do zamieszkania, stałby się najdalszym światem w Układzie Słonecznym, na którym mogłoby istnieć życie. Znalezienie wskaźników chemicznych procesów napędzanych wewnętrznie stanowi krok w tym kierunku.

„Gdyby w Eris i Makemake w swoich skalistych jądrach występowała lub być może nadal mogła utrzymywać się ciepła, a nawet gorąca geochemia, procesy kriowulkaniczne mogłyby następnie dostarczyć metan na powierzchnie tych planet, być może w niedawnych czasach geologicznych” – powiedział dr Will Grundy, astronom w Obserwatorium Lowell, jeden ze współautorów Gleina i główny autor artykułu towarzyszącego. „Odkryliśmy stosunek izotopów węgla (13C/12C), który sugeruje stosunkowo niedawne wynurzenie się na powierzchnię”.

Ta praca jest częścią zmiany paradygmatu w naukach planetarnych. Coraz częściej uznaje się, że zimne, lodowate światy mogą być ciepłe w sercu. Modele opracowane na potrzeby tego badania dodatkowo wskazują na powstawanie gazów geotermalnych na Tytanie, księżycu Saturna, który również obfituje w metan. Co więcej, wnioskowanie o nieoczekiwanej aktywności na Eris i Makemake podkreśla znaczenie procesów wewnętrznych w kształtowaniu tego, co widzimy na dużych KBO i jest zgodne z odkryciami dokonanymi na Plutonie.

„Po przelocie sondy New Horizons obok układu Plutona i dzięki temu odkryciu Pas Kuipera okazuje się znacznie bardziej żywy, jeśli chodzi o występowanie dynamicznych światów, niż byśmy sobie to wyobrażali” – powiedział Glein. „Nie jest jeszcze za wcześnie, aby zacząć myśleć o wysłaniu statku kosmicznego, który przeleciałby obok innego z tych ciał, aby umieścić dane z JWST w kontekście geologicznym. Wierzę, że będziemy oszołomieni cudami, które nas czekają!”

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science