В 2015 году камеры миссии НАСА New Horizons обнаружили на поверхности карликовой планеты Плутон большую структуру, напоминающую сердце. С тех пор эта находка озадачивала ученых своей уникальной формой, геологическим составом и высотой над уровнем моря. 

Группа исследователей из Бернского университета, в том числе несколько членов NCCR PlanetS, и Аризонского университета в Тусоне использовали численное моделирование для изучения происхождения Равнины Спутника или Sputnik Planitia, западной каплевидной части поверхности Сердца Плутона. Согласно их исследованиям, ранняя история карликовой планеты была отмечена катастрофическим событием, которое привело к появлению этой структуры. Тогда Плутон столкнулся с планетарным телом диаметром около 700 км, что примерно в два раза больше Эстонии с востока на запад. Результаты исследования также дают основания предполагать, что внутренняя структура карликовой планеты отличается от того, что предполагалось ранее — на самом деле у нее нет подземного океана.

Разбитое сердце

Сердце Плутона, также известное как Область Томбо, сразу же после своего открытия привлекло внимание общественности. Заинтересовало оно и ученых, потому что оказалось, что оно покрыто материалом с высоким альбедо. Иными словами, поверхность Сердца отражает больше света, чем его окружение, и поэтому кажется белее. Однако эта структура не состоит из одного элемента. Sputnik Planitia занимает площадь 1200 на 2000 километров, что эквивалентно четверти Европы или США. Однако поразительно то, что этот регион находится на три-четыре километра ниже по высоте, чем большая часть поверхности Плутона. 

"Внешний вид Равнины Спутника обусловлен тем, что он преимущественно заполнен белым азотным льдом, который движется и конвектирует, постоянно сглаживая поверхность. Этот азот, скорее всего, быстро накопился после удара из-за меньшей высоты", — объясняет ведущий автор исследования, Гарри Баллантайн из Бернского университета. Восточная часть Сердца также покрыта аналогичным, но гораздо более тонким слоем азотного льда, происхождение которого ученым до сих пор неясно, но, вероятно, связано со Sputnik Planitia.

Косой удар

"Удлиненная форма Равнины Спутника убедительно свидетельствует о том, что удар был не прямым лобовым, а скорее косым", — отмечает доктор Мартин Юци из Бернского университета, который инициировал исследование. Поэтому команда, как и некоторые другие ученые по всему миру, использовала свое программное обеспечение для моделирования гидродинамики сглаженных частиц, чтобы в цифровом виде воссоздать подобные удары. Таким образом, меняя как состав Плутона и налетевшего на него объекта, так и скорость и угол столкновения, они смогли восстановить сценарий этого события. В результате моделирование подтвердило подозрения ученых о направлении удара и помогло определить, из чего состояло это неизвестное космическое тело.

"Ядро Плутона настолько холодное, что породы остались очень твердыми и не расплавились, несмотря на жар удара. Благодаря углу и малой скорости столкновения, центр объекта не погрузился в ядро ​карликовой планеты, а осталось пятном на его поверхности", — объясняет Гарри Баллантайн. 

"Где-то под Равниной находится остаток ядра массивного тела, которое Плутон так и не переварил", — добавляет соавтор Эрик Асфауг из Университета Аризоны. Такая прочность ядра и относительно низкая скорость были ключом к успеху этого моделирования. Если бы исследователи заложили в модель меньшие показатели, то след столкновения был бы симметричнее. То есть не похожим на каплевидную форму, наблюдаемую New Horizons. 

"Мы привыкли думать о столкновениях планет как о невероятно интенсивных событиях, в которых можно игнорировать детали, за исключением таких вещей, как энергия, импульс и плотность. Но в далеких краях Солнечной системы скорости намного меньше, а твердый лед прочен, поэтому нужно быть более точным в своих расчетах. Вот здесь-то и начинается самое интересное", — говорит Эрик Асфауг. 

На Плутоне нет подземного океана

Текущее исследование также проливает новый свет на внутреннюю структуру Плутона. На самом деле катастрофический удар, подобный смоделированному, скорее всего, произошел в самом начале истории карликовой планеты. Однако это создает проблему: ожидается, что гигантская впадина, подобная Sputnik Planitia, со временем будет медленно перемещаться к полюсу из-за дефицита массы. И все же, как это ни парадоксально, она находится недалеко от экватора. 

Предыдущее теоретическое объяснение заключалось в том, что у Плутона, как и у некоторых других планетарных тел во внешней Солнечной системе, есть подземный океан с жидкой водой. Согласно этому объяснению, ледяная корка в районе Равнины Спутника будет тоньше, что приводит к вздутию океана там, а поскольку жидкая вода плотнее льда, в конечном итоге получится избыток массы, вызывающий миграцию к экватору.

Однако новое исследование предлагает альтернативную точку зрения. "В наших симуляциях вся первичная мантия Плутона разрушается в результате удара. Затем, когда материал ядра прилетевшего объекта разбрызгивается на ядро ​​Плутона, это создает локальный избыток массы, что может объяснить миграцию к экватору без подземного океана", — объясняет Мартин Юци. 

Адин Дентон из Университета Аризоны, также соавтор исследования, в настоящее время проводит новый научный проект, чтобы оценить скорость этой миграции. "Эта новая и изобретательная модель сердцевидной особенности Плутона может привести к лучшему пониманию происхождения небесного тела", — заключает она.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.