Wetenschap
Astrofysici lossen het mysterie van het hartvormige kenmerk op het oppervlak van Pluto op
Het mysterie van hoe Pluto een gigantisch hartvormig kenmerk op zijn oppervlak kreeg, is eindelijk opgelost door een internationaal team van astrofysici onder leiding van de Universiteit van Bern en leden van het National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS. Het team is de eerste die de ongebruikelijke vorm met succes heeft gereproduceerd met numerieke simulaties, waarbij deze wordt toegeschreven aan een gigantische en langzame impact onder een schuine hoek.
Sinds de camera's van NASA's New Horizons-missie in 2015 een grote hartvormige structuur op het oppervlak van de dwergplaneet Pluto ontdekten, heeft dit 'hart' wetenschappers in verwarring gebracht vanwege zijn unieke vorm, geologische samenstelling en hoogte. Een team van wetenschappers van de Universiteit van Bern, waaronder verschillende leden van de NCCR PlanetS, en de Universiteit van Arizona in Tucson hebben numerieke simulaties gebruikt om de oorsprong van Spoetnik Planitia, het westelijke traanvormige deel van het hartoppervlak van Pluto, te onderzoeken. /P>
Volgens hun onderzoek werd de vroege geschiedenis van Pluto gekenmerkt door een cataclysmische gebeurtenis die de Spoetnik Planitia vormde:een botsing met een planetair lichaam met een diameter van ongeveer 700 km, ongeveer tweemaal zo groot als Zwitserland van oost naar west. De bevindingen van het team, die onlangs zijn gepubliceerd in Nature Astronomy , suggereren ook dat de innerlijke structuur van Pluto anders is dan eerder werd aangenomen, wat erop wijst dat er geen ondergrondse oceaan bestaat.
Een verdeeld hart
Het hart, ook bekend als de Tombaugh Regio, trok onmiddellijk na zijn ontdekking de aandacht van het publiek. Maar het trok ook meteen de aandacht van wetenschappers omdat het bedekt is met materiaal met een hoog albedo dat meer licht reflecteert dan zijn omgeving, waardoor de kleur witter wordt.
Het hart bestaat echter niet uit één enkel element. Spoetnik Planitia (het westelijke deel) beslaat een gebied van 1.200 bij 2.000 kilometer, wat overeenkomt met een kwart van Europa of de Verenigde Staten. Wat echter opvalt, is dat dit gebied drie tot vier kilometer lager ligt dan het grootste deel van Pluto's oppervlak.
"Het heldere uiterlijk van Sputnik Planitia is te danken aan het feit dat het voornamelijk gevuld is met wit stikstofijs dat beweegt en convecteert om het oppervlak voortdurend glad te maken. Deze stikstof heeft zich hoogstwaarschijnlijk snel opgehoopt na de inslag vanwege de lagere hoogte", legt dr. Harry Ballantyne uit. van de Universiteit van Bern, hoofdauteur van het onderzoek.
Het oostelijke deel van het hart is ook bedekt met een vergelijkbare maar veel dunnere laag stikstofijs, waarvan de oorsprong nog steeds onduidelijk is voor wetenschappers, maar waarschijnlijk verband houdt met Spoetnik Planitia.
Een schuine impact
"De langwerpige vorm van de Spoetnik Planitia suggereert sterk dat de inslag geen directe frontale botsing was, maar eerder een schuine botsing", zegt dr. Martin Jutzi van de Universiteit van Bern, die het onderzoek initieerde.
Dus gebruikte het team, net als verschillende anderen over de hele wereld, hun Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)-simulatiesoftware om dergelijke inslagen digitaal na te bootsen, waarbij zowel de samenstelling van Pluto en zijn impactor, als de snelheid en hoek van de impactor werden gevarieerd. Deze simulaties bevestigden de vermoedens van de wetenschappers over de schuine inslaghoek en bepaalden de samenstelling van het botslichaam.
"De kern van Pluto is zo koud dat de rotsen erg hard bleven en ondanks de hitte van de inslag niet smolten, en dankzij de inslaghoek en de lage snelheid zakte de kern van het botslichaam niet in de kern van Pluto, maar bleef intact. als een splat erop", legt Ballantyne uit.
‘Ergens onder Spoetnik bevindt zich de overgebleven kern van een ander enorm lichaam, dat Pluto nooit helemaal heeft verteerd’, zegt medeauteur Erik Asphaug van de Universiteit van Arizona. Deze kernsterkte en relatief lage snelheid waren de sleutel tot het succes van deze simulaties:een lagere sterkte zou resulteren in een zeer symmetrisch overgebleven oppervlaktekenmerk dat niet lijkt op de traanvorm waargenomen door New Horizons.
‘We zijn gewend om planetaire botsingen te beschouwen als ongelooflijk intense gebeurtenissen waarbij je de details kunt negeren, behalve zaken als energie, momentum en dichtheid. Maar in het verre zonnestelsel zijn de snelheden zoveel langzamer en is vast ijs sterk, dus Je moet veel nauwkeuriger zijn in je berekeningen. Dat is waar het plezier begint", zegt Asphaug.
De twee teams hebben een lange staat van dienst op het gebied van samenwerking en onderzoeken al sinds 2011 het idee van planetaire ‘splats’ om bijvoorbeeld kenmerken aan de andere kant van de maan te verklaren. Na onze maan en Pluto is het team van de Universiteit van Bern van plan soortgelijke scenario's te onderzoeken voor andere lichamen in het buitenste zonnestelsel, zoals de Pluto-achtige dwergplaneet Haumea.
Geen ondergrondse oceaan op Pluto
De huidige studie werpt ook nieuw licht op de interne structuur van Pluto. In feite is het veel waarschijnlijker dat een gigantische impact zoals die welke is gesimuleerd, al heel vroeg in de geschiedenis van Pluto heeft plaatsgevonden. Dit levert echter een probleem op:van een gigantische depressie als de Spoetnik Planitia wordt verwacht dat hij zich in de loop van de tijd langzaam naar de pool van de dwergplaneet zal bewegen als gevolg van de wetten van de natuurkunde, omdat er sprake is van een massatekort. Toch ligt het paradoxaal genoeg dicht bij de evenaar.
De eerdere theoretische verklaring was dat Pluto, net als verschillende andere planetaire lichamen in de buitenste delen van het zonnestelsel, een ondergrondse oceaan met vloeibaar water heeft. Volgens deze eerdere verklaring zou de ijskorst van Pluto dunner zijn in het gebied van de Spoetnik Planitia, waardoor de oceaan daar zou uitpuilen, en aangezien vloeibaar water een grotere dichtheid heeft dan ijs, zou je eindigen met een massaoverschot dat migratie naar de evenaar teweegbrengt. /P>
De nieuwe studie biedt echter een alternatief perspectief. “In onze simulaties wordt de hele oermantel van Pluto door de inslag weggegraven, en terwijl het kernmateriaal van de inslagmachine op de kern van Pluto spat, ontstaat er een lokaal massa-overschot dat de migratie naar de evenaar kan verklaren zonder een ondergrondse oceaan, of hoogstens een oceaan. heel dun", legt Martin Jutzi uit.
Dr. Adeene Denton van de Universiteit van Arizona, tevens co-auteur van de studie, voert momenteel een nieuw onderzoeksproject uit om de snelheid van deze migratie te schatten. "Deze nieuwe en inventieve oorsprong voor Pluto's hartvormige kenmerk kan leiden tot een beter begrip van Pluto's oorsprong", concludeert ze.