Зонд New Horizons сделал историческое открытие: жидкий азот на поверхности Плутона

Гигантские тёмные полосы на леднике Sputnik Planitia ведут себя как увлажнённые участки земных полярных щитов

Наука и космос209:56

Руководитель миссии New Horizons Алан Стерн и его команда представили новое исследование, которое можно считать изменением геологического статуса Плутона. В журнале Planetary Science Journal опубликовано исследование с первыми доказательствами появления жидкого азота на поверхности Плутона. Были исследованы тёмные линейные полосы и расплывчатые пятна в северной области азотного ледника Sputnik Planitia — структуры, вмороженные в конвективные ячейки азотного льда. Съёмка 2015 года зафиксировала их с разрешением около 70 метров на пиксель.

Стерн и его соавторы, включая экспертов по земной гляциологии, демонстрируют, что эти образования по своей морфологии не отличаются от следов, оставляемых на ледниках Земли дождём или подповерхностными выходами воды. Однако жидкий азот физически не может выпадать в виде осадков в атмосфере Плутона, следовательно, жидкость поступает из-под ледника.

Ключевой механизм связан с прекращением твердотельной конвекции, которая в нормальных условиях отводит тепло от основания ледника. Из-за долгопериодических колебаний азотного цикла с периодом около 3 миллионов лет северная часть Sputnik Planitia теряет массу и становится тоньше. Расчёты показывают, что при толщине слоя около 1 километра и геотермальном потоке от недр в 4–18 милливатт на квадратный метр конвекция подавляется: падение напряжений и укрупнение ледяных зёрен резко повышают вязкость, теплоперенос становится кондуктивным, и температура у основания достигает точки плавления азота — около 63 кельвинов. Давление на глубине уже 20 метров превышает тройную точку (12,5 килопаскаля), так что жидкая фаза стабильна. У основания накапливается жидкий азот, который на 11% менее плотен, чем твёрдый, и потому стремится всплыть.

Оценки динамики подъёма показывают, что стационарная скорость плавления (не более 1 кубометра в секунду) не может поддерживать непрерывный поток по трещинам — для этого требуется расход свыше 25 кубометров в секунду. Таким образом, жидкость накапливается в подповерхностных резервуарах и выбрасывается периодически, по механизму, аналогичному на Земле. Критическая ширина трещины для чистого азота составляет около 15 сантиметров, а для смеси азота с твёрдыми органическими толинами — до метра. Такие трещины слишком узки для камер New Horizons, но выходящая жидкость растекается вдоль понижений на границах конвекционных ячеек и замерзает, оставляя тёмную полосу.

Потемнение объясняется либо выносом примесей из глубины ледника, либо резким укрупнением ледяных зёрен при контакте с жидкостью — этот эффект хорошо известен на Земле по дренажным каналам и талым прудам на Гренландском ледяном щите.

Авторы отмечают, что ни на одном другом теле пояса Койпера подобные детали пока не были зарегистрированы, однако более половины поверхности Плутона остаётся не отснятой в высоком разрешении. У Эриды, другого объекта с мощными азотными ледниками, аналогичные процессы также вполне могут происходить в настоящее время.

Полученные результаты изменяют представление о Плутоне как о теле, где активность исчерпывается конвекцией азотного льда с периодом около 500 тысяч лет: теперь к ней добавляются современные эпизодические истечения жидкости, и этот новый класс изменяющихся со временем деталей ждёт проверки следующим поколением приборов у внешних планет.

Darth SaharaИсточники:The Planetary Science JournalНаука и космос2космосСолнечная системаПояс КойпераПлутонКриовулканизмМиссия New Horizons09:56