Modellering giver et nyt perspektiv på, hvordan Plutos iskolde hjerte blev til

Plutos "iskolde hjerte" er et lyst, to-fliget træk på overfladen, der har tiltrukket forskere lige siden det blev opdaget af NASA New Horizons-holdet i 2015. Af særlig interesse er hjertets vestlige lap, uformelt navngivet Sputnik Planitia, et dybt bassin, der indeholder tre slags is - frosset nitrogen, metan og kulilte - og optræder over for Charon, Plutos tidevandslåste måne. Sputnik Planitias unikke egenskaber har ansporet en række scenarier til dens dannelse, som alle identificerer funktionen som et nedslagsbassin, en fordybning skabt af en mindre krop, der rammer Pluto med ekstrem høj hastighed.

En ny undersøgelse ledet af Douglas Hamilton, professor i astronomi ved University of Maryland, antyder i stedet, at Sputnik Planitia blev dannet tidligt i Plutos historie, og at dens egenskaber er uundgåelige konsekvenser af evolutionære processer. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Natur den 1. december, 2016.

"Den største forskel mellem min model og andre er, at jeg foreslår, at indlandsisen blev dannet tidligt, da Pluto stadig snurrede hurtigt, og at bassinet blev dannet senere og ikke fra et stød, sagde Hamilton, der er hovedforfatter af avisen. "Iskappen giver en let asymmetri, der enten låser sig mod eller væk fra Charon, når Plutos spin bremses for at matche månens orbitale bevægelse."

Ved hjælp af en model han udviklede, Hamilton fandt ud af, at den oprindelige placering af Sputnik Planitia kunne forklares med Plutos usædvanlige klima og dens spinakse, som vippes 120 grader. Til sammenligning, Jordens hældning er 23,5 grader. Modellering af dværgplanetens temperaturer viste, at når gennemsnittet over Plutos 248-årige kredsløb, de 30 grader nord og syd viste sig som de koldeste steder på dværgplaneten, langt koldere end begge poler. Is ville naturligt have dannet sig omkring disse breddegrader, herunder i centrum af Sputnik Planitia, som ligger på 25 grader nordlig bredde.

Hamiltons model viste også, at en lille isaflejring naturligt tiltrækker mere is ved at reflektere solens lys og varme væk. Temperaturerne forbliver lave, som tiltrækker mere is og holder temperaturen lav, og cyklussen gentages. Dette positive feedback-fænomen, kaldet den løbske albedo-effekt, ville i sidste ende føre til en enkelt dominerende indlandsis, som den observerede på Pluto. Imidlertid, Plutos bassin er betydeligt større end den mængde is, den indeholder i dag, tyder på, at Plutos hjerte langsomt har tabt masse over tid, næsten som om det var ved at spilde væk.

Ikke desto mindre, den enkelte indlandsis repræsenterer en enorm vægt på Plutos overflade, nok til at flytte dværgplanetens massecentrum. Plutos rotation aftog gradvist på grund af gravitationskræfter fra Charon, ligesom Jorden langsomt taber spin under lignende kræfter fra sin måne. Imidlertid, fordi Charon er så stor og så tæt på Pluto, processen førte til, at Pluto låste det ene ansigt mod sin måne på blot et par millioner år. Den store masse af Sputnik Planitia ville have haft 50 procents chance for enten at vende direkte mod Charon eller vende sig så langt væk fra månen som muligt.

"Det er som en Vegas spilleautomat med kun to stater, og Sputnik Planitia endte i sidstnævnte position, centreret i 175 graders længdegrad, " sagde Hamilton.

Det ville også være nemt for den akkumulerede is at skabe sit eget bassin, blot ved at trykke ned, ifølge Hamilton.

"Plutos store hjerte vejer tungt på den lille planet, fører uundgåeligt til depression, sagde Hamilton, bemærker, at det samme fænomen sker på Jorden:Indlandsisen i Grønland skabte et bassin og skubbede ned i skorpen, som den hviler på.

Mens Hamiltons model kan forklare både bredde- og længdegraden af ​​Sputnik Planitia, samt det faktum, at isen findes i et bassin, flere andre modeller blev også præsenteret i 1. december, 2016 udgave af tidsskriftet Natur .

I en af ​​disse aviser, UC Santa Cruz professor i jord- og planetvidenskab Francis Nimmo, Hamilton og deres medforfattere modellerede, hvordan Sputnik Planitia kan have dannet sig, hvis dens bassin var forårsaget af et stød, som den, der skabte Charon. Deres resultater viste, at bassinet kan være dannet efter Pluto bremsede sin rotation, migrerer kun lidt til sin nuværende placering. Hvis dette sene dannelsesscenarie viser sig at være korrekt, egenskaberne af Sputnik Planitia kan antyde tilstedeværelsen af ​​et hav under overfladen på Pluto.

"Enhver model er levedygtig under de rigtige forhold, " sagde Hamilton. "Selvom vi ikke kan konkludere endeligt, at der er et hav under Plutos iskolde skal, vi kan heller ikke konstatere, at der ikke er en."

Selvom Pluto blev frataget sin status som planet, en indlandsis er en overraskende jordlignende egenskab. Faktisk, Pluto er kun det tredje legeme - Jorden og Mars er de andre - kendt for at have en indlandsis. Sputnik Planitias is kan derfor give hints, der er relevante for mere velkendte iser her på Jorden.