Зонд New Horizons впервые обнаружил жидкий азот на поверхности Плутона

Гигантские тёмные полосы на леднике Sputnik Planitia демонстрируют поведение, аналогичное увлажнённым участкам земных полярных щитов

Наука и космос109:56

Руководитель проекта 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. Исследованы тёмные линейные полосы и размытие пятен в северной части азотного ледника Sputnik Planitia — структуры, встраиваемые в конвекционные ячейки азотного льда. Съёмка 2015 года зафиксировала их с разрешением около 70 метров на пиксель.

Стерн и его соавторы, включая экспертов по земной гляциологии, показывают, что данные формирования по своей морфологии аналогичны следам, оставляемым дождём или подповерхностными выходами воды на земных ледниках. Однако жидкий азот физически не может выпасть в виде дождя 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 из недр в 4–18 милливатт на квадратный метр конвекция подавляется: снижение напряжений и увеличение ледяных зёрен резко увеличивают вязкость, теплопередача становится кондуктивной, и температура у основания достигает точки плавления азота — около 63 кельвинов. Давление на глубине уже 20 метров превышает тройную точку (12,5 килопаскаля), что делает жидкую фазу стабильной. У основания накапливается жидкий азот, который на 11% менее плотен, чем твёрдый, и поэтому стремится всплыть.

Оценки динамики подъёма показывают, что стационарная скорость плавления (не более 1 кубометра в секунду) не в состоянии поддерживать постоянный поток по трещинам — для этого требуется расход свыше 25 кубометров в секунду. Это указывает на то, что жидкость накапливается в подповерхностных резервуарах и выбрасывается эпизодически, по механизму, аналогичному тому, что наблюдается 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 распространяется по понижениям на границах конвекционных ячеек и замерзает, оставляя тёмную полосу.

Потемнение может быть объяснено либо выносом примесей из глубины ледника, либо резким увеличением 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 объекте пояса Койпера подобные детали пока не были зарегистрированы, однако более половины поверхности Плутона остаётся не отснятой в высоком разрешении. У Эриды, другого объекта с массивными азотными ледниками, аналогичные процессы тоже вполне могут происходить в настоящее время.

Этот результат изменяет представление о Плутоне как о теле, где активность исчерпывается конвекцией азотного льда с периодом около 500 тысяч лет: теперь к этому добавляются современные эпизодические истечения жидкости, и этот новый класс изменяющихся во времени деталей ожидает проверки следующими поколениями приборов на внешних планетах.

Darth SaharaИсточники:The Planetary Science JournalНаука и космос1космосСолнечная системаПояс КойпераПлутонКриовулканизмМиссия New Horizons09:56