Astrofysikere løser mysteriet om hjerteformet træk på overfladen af Pluto
Mysteriet om, hvordan Pluto fik et kæmpe hjerteformet træk på overfladen, er endelig blevet løst af et internationalt hold af astrofysikere ledet af University of Bern og medlemmer af National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS. Holdet er det første, der med succes har reproduceret den usædvanlige form med numeriske simuleringer og tilskriver den et gigantisk og langsom skråvinklet slag.
Lige siden kameraerne fra NASAs New Horizons-mission opdagede en stor hjerteformet struktur på overfladen af dværgplaneten Pluto i 2015, har dette "hjerte" undret videnskabsmænd på grund af dets unikke form, geologiske sammensætning og højde. Et team af forskere fra University of Bern, inklusive flere medlemmer af NCCR PlanetS, og University of Arizona i Tucson har brugt numeriske simuleringer til at undersøge oprindelsen af Sputnik Planitia, den vestlige dråbeformede del af Plutos hjerteoverflade.
Ifølge deres forskning var Plutos tidlige historie præget af en katastrofal begivenhed, der dannede Sputnik Planitia:en kollision med et planetarisk legeme på omkring 700 km i diameter, omtrent dobbelt så stort som Schweiz fra øst til vest. Holdets resultater, som for nylig blev offentliggjort i Nature Astronomy , tyder også på, at Plutos indre struktur er forskellig fra det, der tidligere blev antaget, hvilket indikerer, at der ikke er noget underjordisk hav.
Et delt hjerte
Hjertet, også kendt som Tombaugh Regio, fangede offentlighedens opmærksomhed umiddelbart efter dets opdagelse. Men det fangede også straks videnskabsmænds interesse, fordi det er dækket af et højt albedo-materiale, der reflekterer mere lys end omgivelserne, hvilket skaber dens hvidere farve.
Hjertet er dog ikke sammensat af et enkelt element. Sputnik Planitia (den vestlige del) dækker et område på 1.200 gange 2.000 kilometer, hvilket svarer til en fjerdedel af Europa eller USA. Det slående er imidlertid, at denne region er tre til fire kilometer lavere end det meste af Plutos overflade.
"Det lyse udseende af Sputnik Planitia skyldes, at det overvejende er fyldt med hvid nitrogenis, der bevæger sig og konvekterer for konstant at udglatte overfladen. Dette nitrogen akkumulerede højst sandsynligt hurtigt efter sammenstødet på grund af den lavere højde," forklarer Dr. Harry Ballantyne fra University of Bern, hovedforfatter af undersøgelsen.
Den østlige del af hjertet er også dækket af et lignende, men meget tyndere lag af nitrogenis, hvis oprindelse stadig er uklar for forskerne, men sandsynligvis er relateret til Sputnik Planitia.
En skrå indvirkning
"Den aflange form af Sputnik Planitia antyder kraftigt, at sammenstødet ikke var en direkte frontalkollision, men snarere en skrå kollision," påpeger Dr. Martin Jutzi fra Universitetet i Bern, som startede undersøgelsen.
Så holdet brugte, ligesom flere andre rundt om i verden, deres Simulationssoftware for Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) til digitalt at genskabe sådanne påvirkninger, varierende både sammensætningen af Pluto og dens impactor, såvel som hastigheden og vinklen af impactoren. Disse simuleringer bekræftede forskernes mistanke om den skrå anslagsvinkel og bestemte sammensætningen af stødlegemet.
"Plutos kerne er så kold, at klipperne forblev meget hårde og ikke smeltede på trods af varmen fra anslaget, og takket være anslagsvinklen og den lave hastighed sank kerne af stødlegemet ikke ned i Plutos kerne, men forblev intakt som et plad på det," forklarer Ballantyne.
"Et sted under Sputnik er den resterende kerne af en anden massiv krop, som Pluto aldrig helt fordøjede," tilføjer medforfatter Erik Asphaug fra University of Arizona. Denne kernestyrke og relativt lave hastighed var nøglen til succesen med disse simuleringer:lavere styrke ville resultere i en meget symmetrisk restoverfladefunktion, der ikke ligner dråbeformen observeret af New Horizons.
"Vi er vant til at tænke på planetariske kollisioner som utroligt intense begivenheder, hvor du kan ignorere detaljerne bortset fra ting som energi, momentum og tæthed. Men i det fjerne solsystem er hastighederne så meget langsommere, og fast is er stærk, så du skal være meget mere præcise i dine beregninger. Det er der, det sjove starter," siger Asphaug.
De to hold har en lang erfaring med samarbejder og har siden 2011 allerede udforsket ideen om planetariske "splats" for at forklare for eksempel træk på den anden side af månen. Efter vores måne og Pluto planlægger University of Berns team at udforske lignende scenarier for andre ydre solsystemlegemer såsom den Pluto-lignende dværgplanet Haumea.
Intet underjordisk hav på Pluto
Den aktuelle undersøgelse kaster også nyt lys over Plutos interne struktur. Faktisk er det meget mere sandsynligt, at en kæmpe påvirkning som den simulerede er sket meget tidligt i Plutos historie. Dette udgør dog et problem:En gigantisk depression som Sputnik Planitia forventes langsomt at bevæge sig mod dværgplanetens pol over tid på grund af fysikkens love, da den har et masseunderskud. Alligevel er det paradoksalt nok nær ækvator.
Den tidligere teoretiserede forklaring var, at Pluto, ligesom flere andre planetariske legemer i det ydre solsystem, har et underjordisk flydende vandhav. Ifølge denne tidligere forklaring ville Plutos isskorpe være tyndere i Sputnik Planitia-regionen, hvilket får havet til at bule der, og da flydende vand er tættere end is, ville du ende med et masseoverskud, der inducerer migration mod ækvator.
Den nye undersøgelse tilbyder dog et alternativt perspektiv. "I vores simuleringer bliver hele Plutos urkappe udgravet af påvirkningen, og da stødlegemets kernemateriale slår på Plutos kerne, skaber det et lokalt masseoverskud, der kan forklare migrationen mod ækvator uden et hav under overfladen, eller højst en meget tynd,« forklarer Martin Jutzi.
Dr. Adeene Denton fra University of Arizona, også medforfatter af undersøgelsen, udfører i øjeblikket et nyt forskningsprojekt for at vurdere hastigheden af denne migration. "Denne roman og opfindsomme oprindelse for Plutos hjerteformede træk kan føre til en bedre forståelse af Plutos oprindelse," konkluderer hun.
Flere oplysninger: Harry A. Ballantyne m.fl., Sputnik Planitia som en impactor-rest, der indikerer en gammel stenet mascon i en havløs Pluto, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02248-1
Journaloplysninger: Naturastronomi
Leveret af University of Bern
Sidste artikelAstronomer opdager radiohalo i en massiv galaksehob
Næste artikelNy bog giver insiders syn på kosmisk søgen efter liv
Varme artikler
-
Astronomer opdager mulig radioemission fra exoplanetenI denne kunstneriske gengivelse af Tau Boötes b-systemet, linjerne, der repræsenterer det usynlige magnetfelt, er vist, der beskytter den varme Jupiter-planet mod solvind. Kredit:Jack Madden/Cornell U -
Astronomer ser den kosmiske ring af ild, 11 milliarder år sidenDette er en kunstners indtryk af ringgalaksen. Kredit:James Josephides, Swinburne Astronomy Productions Astronomer har taget et billede af en supersjælden type galakse – beskrevet som en kosmisk r -
Billede:Herlig solopgang i starten af en rumvandringKredit:NASA NASA-astronaut Mark Vande Hei forlader den internationale rumstation den 10. oktober, 2017, til en rumvandring på dette fotografi taget af rumvandreren Randy Bresnik. Bresnik delte bi -
Forskere afslører et fuldstændigt fysisk scenarie med sympatisk udbrud af to solfilamenterFig. 1 Oversigt over de sympatiske udbrud af to filamenter og efterfølgende opblussen og CMEer. Kredit:HOU Yijun Solfilamenter er store magnetiske strukturer, der indeslutter køligt og tæt plasma
- Et vigtigt stykke til at forstå, hvordan kvantegravitation påvirker lavenergifysik
- Planeten er nu i fare for at være på vej mod væksthuset Jorden
- Leviterende proteiner kan hjælpe med at diagnosticere opioidmisbrug, andre sygdomme
- Onlinekurser forstærker uligheder
- Sådan konverteres ppm til Mg /Kg
- Kina siger, at ny raket bringer rumstationsplaner tættere på