Вчені знайшли докази геотермальної активності на крижаних карликових планетах

Команда під керівництвом Південно-Західного науково-дослідного інституту знайшла докази гідротермальної або метаморфічної активності в межах крижаних карликових планет Еріди та Макемаке, розташованих у поясі Койпера. Метан, виявлений на їхніх поверхнях, має ознаки теплої або навіть гарячої геохімії в їх скельних ядрах, що помітно відрізняється від ознак метану з комети.

«Ми бачимо деякі цікаві ознаки спекотних часів у прохолодних місцях», — сказав д-р Крістофер Глейн із SwRI, експерт із планетарної геохімії та провідний автор статті про це відкриття.

«Я прийшов до цього проекту, думаючи, що великі об’єкти пояса Койпера (KBO) повинні мати стародавні поверхні, заповнені матеріалами, успадкованими від первісної сонячної туманності, оскільки їхні холодні поверхні можуть зберігати леткі речовини, такі як метан. Натомість космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) дав Ми знайшли докази того, що термічні процеси виробляють метан з Еріди та Макемаке».

Пояс Койпера — це величезна область крижаних тіл у формі бублика за орбітою Нептуна на краю Сонячної системи. Еріда і Макемаке за розмірами можна порівняти з Плутоном і його супутником Хароном. Ймовірно, ці тіла утворилися на початку історії нашої Сонячної системи, приблизно 4,5 мільярда років тому. Далеко від тепла нашого сонця KBO вважалися холодними, мертвими об’єктами.

Нещодавно опублікована робота з досліджень JWST провела перші спостереження ізотопних молекул на поверхнях Еріди та Макемаке. Ці так звані ізотопологи — це молекули, які містять атоми з різною кількістю нейтронів. Вони надають дані, корисні для розуміння еволюції планети.

Команда JWST виміряла склад поверхонь карликових планет, зокрема співвідношення дейтерію (важкого водню, D) до водню (H) у метані. Вважається, що дейтерій утворився під час Великого вибуху, а водень є найпоширенішим ядром у Всесвіті. Співвідношення D/H на планетарному тілі дає інформацію про походження, геологічну історію та шляхи утворення сполук, що містять водень.

«Помірне співвідношення D/H, яке ми спостерігали з JWST, спростовує присутність первісного метану на стародавній поверхні. Первісний метан мав би набагато вищий коефіцієнт D/H», — сказав Глейн.

«Натомість співвідношення D/H вказує на геохімічне походження метану, що виробляється глибоко в глибині. Співвідношення D/H схоже на вікно. Ми можемо використовувати його в певному сенсі, щоб зазирнути в глибину. Наші дані свідчать про високі температури в кам’янисті ядра цих світів, щоб можна було готувати метан. Молекулярний азот (N ₂ ) також може вироблятися, і ми бачимо це на Еріді. Гарячі ядра також можуть вказувати на потенційні джерела рідкої води під їхніми крижаними поверхнями».

За останні два десятиліття вчені дізналися, що крижані світи можуть бути набагато більш внутрішньо еволюційними, ніж вважалося раніше. Докази існування підповерхневих океанів були знайдені на кількох крижаних супутниках, таких як супутник Сатурна Енцелад і супутник Юпітера Європа. Рідка вода є одним із ключових інгредієнтів у визначенні потенційної придатності планети для життя.

Можливість водних океанів всередині Еріди та Макемаке — це те, що вчені збираються вивчати в найближчі роки. Якщо будь-яка з них придатна для життя, то це стане найвіддаленішим світом у Сонячній системі, де, можливо, може бути життя. Пошук хімічних індикаторів внутрішніх процесів робить крок у цьому напрямку.

«Якби Еріда та Макемаке містили або, можливо, все ще могли приймати теплу або навіть гарячу геохімію у своїх кам’янистих ядрах, кріовулканічні процеси могли б доставляти метан на поверхні цих планет, можливо, у геологічно недавні часи», — сказав доктор Вілл Гранді, астроном обсерваторії Лоуелл, один зі співавторів Глейна та провідний автор супровідної статті.

«Ми знайшли співвідношення ізотопів вуглецю (13 C/ 2C), яке свідчить про відносно недавнє відновлення поверхні».

Ця робота є частиною зміни парадигми в планетарології. Все більше визнається, що холодні, крижані світи можуть бути теплими на душі. Моделі, розроблені для цього дослідження, додатково вказують на утворення геотермальних газів на супутнику Сатурна Титані, який також має велику кількість метану. Крім того, висновок про несподівану активність на Еріді та Макемаке підкреслює важливість внутрішніх процесів у формуванні того, що ми бачимо на великих KBO, і узгоджується з відкриттями на Плутоні.

«Після прольоту New Horizons повз систему Плутона та з цим відкриттям пояс Койпера виявляється набагато більш живим з точки зору розміщення динамічних світів, ніж ми могли собі уявити», — сказав Глейн. «Ще не рано починати думати про те, щоб відправити космічний корабель, щоб пролетіти ще одне з цих тіл, щоб розмістити дані JWST у геологічному контексті. Я вірю, що ми будемо приголомшені чудесами, які чекають».