На ледяных карликовых планетах нашли признаки геотермальной активности и подледных океанов

Чтобы понять, как формировалась Солнечная система, астрономы изучают «строительный мусор», который летает за орбитой Нептуна, — транснептуновые объекты. В основном это малые тела, но среди них есть несколько крупных: карликовые планеты Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Последние две по размерам уступают лишь Плутону, поэтому так интересуют ученых. Теперь благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» астрономы получили новые данные о составе их поверхности.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) засек на карликовых планетах соединения метана с повышенной долей тяжелого водорода (дейтерия) и различающимися изотопами углерода. Так ученые впервые получили возможность измерить соотношение дейтерия к водороду в метане Эриды и Макемаке. Разные процессы порождают разные изотопы, поэтому, вооружившись новой информацией, исследователи проанализировали разные сценарии появления метана.

Авторы новой работы выделили три типа метана, который может существовать на Эриде и Макемаке: первичный метан из протопланетного диска, термогенный метан из сложных органических молекул и абиогенный метан от гидротермической переработки оксидов углерода в присутствии горных пород. Метан могут производить и бактерии, но версию о биологическом происхождении ученые, конечно, не рассматривали.

Опираясь на исследования ледяного спутника Сатурна Титана, а также Земли, метеоритов и комет, авторы работы проанализировали разные сценарии и пришли к следующим выводам. Первичного метана на Эриде и Макемаке почти нет, потому что иначе соотношение дейтерия к водороду было бы значительно выше. Возможно, он улетел в космос или разрушился в процессе эволюции этих тел.

Лучше всего под данные наблюдений подходят абиогенный и термогенный метан. Для их образования необходима относительно высокая температура — от 150 до 400 градусов Цельсия. Значит, у этих карликовых планет есть каменное ядро, которое нагрелось от распада радиоактивных элементов. Как следствие, под метановым льдом должна быть жидкая вода. А на поверхность метан попадает за счет криовулканизма.

«Обнаруженное нами соотношение изотопов углерода (13C/12C) говорит об относительно недавнем обновлении поверхности», — прокомментировал Уилл Гранди, астроном из обсерватории Лоуэлла, один из авторов исследования.

На обновление метанового льда указывает и слишком уж высокое альбедо, то есть отражающая способность поверхностей Эриды и Макемаке. Под воздействием космической радиации метан превращается в более тяжелые углеводородные соединения, приобретая красный оттенок — вспомните поверхность Плутона.

Раз поверхность Эриды и Макемаке остается светлой, значит, метановый лед обновляется. Причиной могут быть сезонная сублимация и последующая конденсация метана — он оседает поверх покрасневшей поверхности. Если же слой метана на поверхности достаточно толстый, в нем может идти конвекция: нагревшееся от ядра вещество поднимается вверх, где снова замерзает. Именно поэтому сохраняет белизну равнина Спутника — знаменитое «сердце» на «боку» Плутона.

По результатам исследования авторы написали две работы: с геохимическим анализом наблюдений «Джеймса Уэбба» и разбором теоретических внутренних процессов в этих карликовых планетах. Обе опубликовали в журнале Icarus.

Макемаке и Эрида находятся очень далеко от Солнца. Обе подлетают на расстояние около 38 астрономических единиц (астрономическая единица — расстояние от Земли до Солнца), разве что у Эриды более вытянутая орбита.

Диаметр Макемаке — от 1,4 до 1,5 тысячи километров, что чуть больше Харона, спутника Плутона. Мы пока не знаем точную массу и плотность карликовой планеты, но в 2016 году у нее нашли спутник, так что характеристики удастся получить, когда ученые проанализируют динамику этих тел.

Об Эриде мы знаем больше: она чуть меньше Плутона в диаметре (2,33 тысячи километров), но более плотная. То есть в ее составе больше камней — есть место для хранения тепла от распада элементов. Вероятно, у Макемаке схожая плотность.

Из-за огромного удаления от Солнца температура на поверхности этих тел — примерно минус 238 градусов Цельсия (30-40 кельвин). То, что на столь холодных и далеких от Солнца телах существуют подледные океаны, — большой сюрприз. По расчетам, типичного тепла ядра у карликовых планет не должно хватать для поддержания жидкого океана под поверхностью. Открытие наводит на мысль, что подобные океаны могут быть куда более массовым явлением, чем считалось.

Дарья Губина

257 статей

Автор специализируется на популяризации астрономии и астрофизики. Пишет о строении Вселенной, космологических теориях и новых открытиях, раскрывая суть явлений и идей современного научного знания.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram