Ученые выяснили, когда на Плутоне возник океан

Американские ученые доказали, что на начальных этапах на Плутоне и другие крупных объектах пояса Койпера существовали жидкие океаны, которые затем замерзли. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Традиционно считалось, что Плутон, расположенный далеко от Солнца, изначально возник как шар из камня и льда, который постепенно разогревался под действием радиоактивного распада в ядре. В результате под поверхностью карликовой планеты растопленный лед сформировал подземный океан. Это так называемый сценарий «холодного старта».

Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Юго-западного исследовательского института в Сан-Антонио (штат Техас) проанализировали снимки поверхности Плутона, сделанные автоматической межпланетной станцией НАСА New Horizons, и предложили альтернативный сценарий «горячего старта» для раннего этапа формирования протопланеты.

Исследователи обнаружили на поверхности Плутона многочисленные разрывы — структуры растяжения. Авторы построили тепловую модель эволюции недр карликовой планеты и доказали, что такие структуры могли возникнуть, когда жидкий подземный океан замерзал, а не наоборот — когда он таял.

«Если бы вначале Плутон был холодным, а потом внутренний лед растаял, мы видели бы структуры сжатия на его поверхности, — приводятся в пресс-релизе университета слова первого исследования Карвера Бирсона (Carver Bierson). — Мы же видим много структур расширения и не видим никаких свидетельств сжатия. Наблюдения более согласуются с тем, что Плутон начинал с жидкого океана».

По мнению авторов, аккреция материала во время формирования Плутона произвела достаточно тепла, чтобы создать жидкий океан, который сохранился под ледяной корой до сегодняшнего дня, несмотря на то, что орбита карликовой планеты находится далеко от Солнца, в холодных внешних пределах Солнечной системы.

Главный вопрос, который стоял перед учеными, — понять, достаточно ли было энергии для «горячего старта». В качестве потенциальных источников рассматривались: тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов в недрах, и гравитационная энергия, возникающая при бомбардировке поверхности.

Расчеты ученых показали, что, если бы вся гравитационная энергия была сохранена в виде тепла, одного этого источника было бы достаточно, чтобы создать жидкий океан. Однако для этого процесс аккреции должен быть очень быстрым, иначе значительная часть энергии будет отдано поверхностью планетного тела обратно в космос. Исследователи подсчитали, что для такого быстрого разогрева Плутон должен был сформироваться примерно за тридцать тысяч лет.

«Если бы тепло накапливалось слишком медленно, горячий материал на поверхности излучал бы энергию в космос, а если достаточно быстро, — оно задерживалось бы внутри», — рассказывает еще один автор публикации, профессор наук о Земле и планетах Фрэнсис Ниммо (Francis Nimmo) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Авторы предполагают, что другие крупные объекты пояса Койпера, такие как карликовые планеты Эрида и Макемаке, также имели «горячий старт» и в самом начале своего существования у них были жидкие океаны.

Исследователи допускают и другой сценарий развития событий: сначала Плутон был холодным, затем разогрелся, и образовался океан, а потом — снова остыл, океан замерз, и на поверхности карликовой планеты образовались структуры растяжения. Но, по мнению ученых, для подтверждения этого варианта надо найти структуры раннего сжатия, предшествовавшие структурам растяжения.