Учёные нашли признаки жидкого азота на Плутоне

Учёные обнаружили признаки того, что жидкий азот может подниматься к поверхности Плутона через трещины в его огромном ледяном регионе Sputnik Planitia, напоминающем по форме сердце. Если интерпретация исследователей подтвердится, это станет первым свидетельством существования жидкости, которая в настоящее время или в недавнем прошлом текла непосредственно по поверхности карликовой планеты.

Исследование провела группа специалистов под руководством Юго-Западного исследовательского института (SwRI) с использованием данных, полученных космическим аппаратом NASA New Horizons. Учёные считают, что обнаруженное явление может помочь лучше понять не только геологию Плутона, но и некоторые другие загадочные процессы в Солнечной системе, включая гейзеры на Тритоне — спутнике Нептуна.

Первые намёки на возможное присутствие жидкого азота появились ещё после пролёта New Horizons мимо Плутона в 2015 году. В период с 2015 по 2016 год аппарат получил огромное количество изображений поверхности карликовой планеты, в том числе детальные снимки Sputnik Planitia.

Этот гигантский регион представляет собой равнину, покрытую замёрзшим азотом. По площади она превосходит территорию Техаса и Оклахомы вместе взятых. Sputnik Planitia уже много лет остаётся одним из наиболее интересных объектов для планетологов.

При анализе снимков исследователи обратили внимание на узкие тёмные линейные структуры, разделяющие расположенные в северной части Sputnik Planitia геологические ячейки размером с города. Более тонкие полосы отличались от крупных структур тем, что имели более размытый вид.

Ранее некоторые исследования предполагали, что под ледяной оболочкой Плутона может существовать океан жидкой воды. Однако температура поверхности карликовой планеты настолько низкая, что вода не смогла бы долго оставаться жидкой на поверхности и перемещаться по леднику, создавая наблюдаемые структуры.

Поэтому одной из возможных версий стало наличие жидкого азота. На первый взгляд эта гипотеза также сталкивалась с серьёзной проблемой. Атмосферные и температурные условия Плутона делают обычные осадки в виде жидкого азота физически невозможными.

При этом внешний вид обнаруженных структур оказался необычным. По мнению исследователей, некоторые участки северной части Sputnik Planitia потемнели таким образом, который напоминает особенности земных ледников, изменённых водой, поступающей с поверхности или выходящей из-под ледяного покрова.

Чтобы проверить эту идею, заместитель директора SwRI и главный исследователь миссии New Horizons Алан Стерн вместе с коллегами сравнил изображения Плутона с данными наблюдений Земли.

Особое внимание учёные уделили Гренландскому ледяному щиту. На Земле уже известны похожие поверхностные структуры, которые формируются, когда жидкая вода разделяет и пропитывает лёд и снег.

Сравнение топографии двух регионов показало значительное сходство. Это позволило исследователям предположить, что аналогичный процесс может происходить на Плутоне, но вместо жидкой воды в нём участвует азот.

Согласно предлагаемому сценарию, жидкий азот может формироваться непосредственно под многокилометровым слоем замёрзшего азота Sputnik Planitia. Затем он способен подниматься к поверхности через небольшие каналы внутри ледника.

Чтобы проверить физическую возможность такого процесса, старший научный сотрудник SETI Institute Оркан Умурхан руководил созданием компьютерных моделей окружающей среды Плутона.

Моделирование показало, что азотный лёд у основания многокилометрового ледника Sputnik Planitia действительно может плавиться с образованием жидкого азота.

Дальнейшие расчёты показали, что выталкивающая сила и давление снизу способны заставлять жидкий азот перемещаться вверх по системе небольших каналов. По форме они могут напоминать каналы, по которым на Земле перемещается лава, или трубки, связанные с гейзерной активностью.

На первый взгляд жидкий азот на поверхности Плутона кажется невозможным из-за огромного расстояния карликовой планеты от Солнца и чрезвычайно низких температур. Однако модели показали, что после выхода на поверхность азот может оставаться жидким достаточно долго, чтобы начать стекать по склонам азотного ледника.

Именно такой процесс, по мнению исследователей, способен объяснить тёмные линейные структуры, обнаруженные на снимках New Horizons.

Дополнительным аргументом в пользу этой гипотезы является геологический возраст поверхности Sputnik Planitia. По оценкам учёных, этот регион относительно молод и, вероятно, сформировался менее миллиона лет назад.

Это означает, что обнаруженные тёмные структуры также должны были возникнуть за сравнительно короткий период. Для планетарной геологии подобная скорость формирования особенно интересна, поскольку указывает на то, что поверхность Плутона может изменяться даже в относительно недавнюю геологическую эпоху.

Учёные подчёркивают, что Плутон существенно отличается от Земли и других хорошо изученных планет. Его поверхность находится в условиях, которые практически невозможно воспроизвести в земной лаборатории в полном масштабе. Поэтому наблюдение за поведением азотного льда на Плутоне позволяет изучать физические процессы, которые пока недостаточно хорошо изучены.

Исследователи считают особенно важным дальнейшее изучение поведения твёрдого азота при экстремально низких температурах и под воздействием давления и механических напряжений. Такие условия могут приводить к плавлению материала даже там, где обычное представление о температуре плавления предполагает обратное.

При этом авторы исследования подчёркивают, что карта Плутона пока далека от полной. Более половины поверхности карликовой планеты ещё не было подробно отснято в высоком разрешении.

Это оставляет возможность для новых открытий. Будущие миссии и наблюдения смогут проверить, встречаются ли аналогичные структуры в других районах Плутона и существуют ли похожие процессы на других крупных объектах пояса Койпера.

Открытие также может иметь значение для понимания других миров Солнечной системы. В частности, исследователи считают, что полученные результаты потенциально могут помочь объяснить происхождение некоторых гейзеров, которые были обнаружены космическим аппаратом Voyager 2 на Тритоне, крупнейшем спутнике Нептуна.

Если существование жидкого азота на поверхности Плутона будет подтверждено дополнительными наблюдениями, это станет ещё одним свидетельством того, что даже чрезвычайно холодные тела внешней Солнечной системы могут обладать динамичной геологической активностью.

Алан Стерн отметил, что Плутон продолжает удивлять исследователей. Новые результаты не только указывают на возможное недавнее появление жидкости на его поверхности, но и предполагают существование нового типа изменяющихся со временем геологических структур на карликовой планете.

Исследование опубликовано в журнале The Planetary Science Journal.