Dwergplaneet Ceres kan honderden miljoenen kilometers verwijderd zijn van Jupiter, en nog verder van Saturnus, maar de enorme invloed van de zwaartekracht van deze gasreuzen heeft een merkbaar effect op de oriëntatie van Ceres. In een nieuwe studie, onderzoekers van NASA's Dawn-missie berekenen dat de axiale helling van Ceres - de hoek waaronder het draait terwijl het rond de zon reist - sterk varieert in de loop van ongeveer 24, 500 jaar. Astronomen beschouwen dit als een verrassend korte periode voor zulke dramatische afwijkingen.

Veranderingen in axiale kanteling, of "onduidelijkheid, " over de geschiedenis van Ceres zijn gerelateerd aan de grotere vraag waar bevroren water kan worden gevonden op het oppervlak van Ceres, wetenschappers rapporteren in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven . Gezien de omstandigheden op Ceres, ijs zou alleen kunnen overleven bij extreem lage temperaturen, bijvoorbeeld in gebieden die nooit de zon zien.

"We hebben een correlatie gevonden tussen kraters die in de schaduw blijven bij maximale scheefstand, en heldere afzettingen die waarschijnlijk waterijs zijn, " zei Anton Ermakov, postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, en hoofdauteur van de studie. "Regio's die gedurende miljoenen jaren nooit zonlicht zien, hebben meer kans op deze afzettingen."

Cycli van Obliquity

Gedurende de laatste 3 miljoen jaar, Ceres heeft cycli doorgemaakt waarbij de hellingshoek varieert van ongeveer 2 graden tot ongeveer 20 graden, berekeningen aangeven.

"We kunnen de veranderingen in de oriëntatie van Ceres in de loop van de tijd niet direct waarnemen, dus gebruikten we de vorm- en zwaartekrachtmetingen van het Dawn-ruimtevaartuig om precies te reconstrueren wat een dynamische geschiedenis bleek te zijn, " zei Erwan Mazarico, een co-auteur bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

De laatste keer dat de dwergplaneet een maximale helling bereikte, dat was ongeveer 19 graden, werd 14, 000 jaar geleden, aldus onderzoekers. Ter vergelijking, De aarde staat 23,5 graden gekanteld. Deze aanzienlijke kanteling zorgt ervoor dat onze planeet seizoenen ervaart:het noordelijk halfrond ervaart de zomer wanneer het op de zon is gericht, en in de winter als hij van de zon af is gericht. Daarentegen, De huidige helling van Ceres is ongeveer 4 graden, dus het zal daar in de loop van een jaar (dat is ongeveer 4,6 aardse jaren) niet zulke sterke seizoenseffecten hebben.

Hoe Obliquity betrekking heeft op ijs?

Wanneer de axiale helling klein is, relatief grote gebieden op Ceres krijgen nooit direct zonlicht, vooral bij de polen. Deze aanhoudend beschaduwde gebieden beslaan een oppervlakte van ongeveer 800 vierkante mijl (2, 000 vierkante kilometer). Maar als de helling groter wordt, meer van de kraters in de poolgebieden worden direct blootgesteld aan de zon, en aanhoudend beschaduwde gebieden beslaan slechts 0,4 tot 4 vierkante mijl (1 tot 10 vierkante kilometer). Deze gebieden op het oppervlak van Ceres, die zelfs bij hoge scheefstand in de schaduw blijven, kan koud genoeg zijn om oppervlakte-ijs te behouden, Dawn wetenschappers gezegd.

Deze kraters met gebieden die gedurende lange tijd in de schaduw blijven, worden "koude vallen, " omdat ze zo koud en donker zijn dat vluchtige stoffen - stoffen die gemakkelijk verdampen - die naar deze gebieden migreren niet kunnen ontsnappen, zelfs meer dan een miljard jaar. Een studie uit 2016 door het Dawn-team in Nature Astronomy vond helder materiaal in 10 van deze kraters, en gegevens van Dawn's zichtbare en infrarode kaartspectrometer geven aan dat een ervan ijs bevat.

De nieuwe studie concentreerde zich op polaire kraters en modelleerde hoe schaduwvorming vordert naarmate de axiale kanteling van Ceres varieert. Op het noordelijk halfrond, slechts twee aanhoudend beschaduwde gebieden blijven in de schaduw bij de maximale kanteling van 20 graden. Beide regio's hebben tegenwoordig heldere afzettingen. Op het zuidelijk halfrond, er zijn ook twee aanhoudend beschaduwde regio's met de hoogste helling, en een van hen heeft duidelijk een heldere afzetting.

Beschaduwde regio's in context

Ceres is het derde lichaam in het zonnestelsel dat permanent beschaduwde gebieden heeft. Mercurius en de maan van de aarde zijn de andere twee, en wetenschappers geloven dat ze hun ijs hebben gekregen van botsende lichamen. Echter, Mercurius en de maan hebben niet zo'n grote variabiliteit in hun hellingen vanwege de stabiliserende zwaartekracht van de zon en de aarde, respectievelijk. De oorsprong van het ijs in de koude vallen van Ceres is mysterieuzer - het kan van Ceres zelf komen, of kan worden geleverd door inslagen van asteroïden en kometen. Achteloos, de aanwezigheid van ijs in koude vallen kan verband houden met een ijle wateratmosfeer, die werd gedetecteerd door ESA's Herschel Space Observatory in 2012-13. Watermoleculen die het oppervlak verlaten, vallen terug op Ceres, met een deel dat in koude vallen terechtkomt en zich daar ophoopt.

"Het idee dat ijs lange tijd op Ceres zou kunnen overleven, is belangrijk als we doorgaan met het reconstrueren van de geologische geschiedenis van de dwergplaneet, inclusief of het waterdamp heeft afgegeven, " zei Carol Raymond, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van de Dawn-missie en co-auteur van de studie, gevestigd bij JPL.