Содержание
На Плутоне есть океан воды. В нем может быть жизнь
Новое исследование фотографий, сделанных New Horizons, добавляет экс-планету в список потенциальных мест для зарождения жизни.
Согласно современным представлениям, Плутон внутри теплый и обладает подповерхностным океаном жидкой воды. Подледные океаны — одни из самых интересных мест в Солнечной системе с точки зрения существования условий для жизни.
Однако о том, как они сформировались и что происходит в них, известно пока очень и очень мало. Новое исследование в корне меняет представление о формировании Плутона. Корреспондент.net рассказывает подробности.
Древнее тепло Плутона
Недавний анализ фотографий, сделанных автоматической межпланетной станцией New Horizons, показал, что сразу после формирования Плутон мог быть настолько теплым, что на его поверхности существовал океан из жидкой воды.
К такому выводу пришли ученые из Университета Калифорнии.
Мало того, подобные океаны могли вполне существовать и на других карликовых планетах, расположенных за орбитой Нептуна, утверждают авторы статьи, опубликованной в журнале Nature Geoscience 22 июня.
До 2006 года Плутон был девятой планетой Солнечной системы, но все знания о нем состояли из нескольких параметров орбиты и пары пиксельных изображений, сделанных телескопом Hubble.
Возможна жизнь. На суперземле впервые нашли воду
Все изменилось в 2015 году, когда автоматическая межпланетная станция New Horizons прислала лучшие за всю историю фотографии поверхности Плутона. Эти снимки до сих пор являются главным источником данных о теперь уже планетоиде на задворках нашей звездной системы.
То, что ученые увидели на фотографиях, их поразило. Плутон оказался космическим телом со сложным и разнообразным рельефом: молодые горы, ледяные равнины, метановые дюны и даже дрейфующий по азоту айсберг.
Ледяные дюны Плутона / NASA
Оказалось, что на Плутоне также есть многочисленные трещины, которые говорят о недавней тектонической активности.
Вскоре появились и другие свидетельства, говорящие в пользу наличия жидкой воды под ледяной корой планеты. Но как и когда океан возник на Плутоне — неизвестно.
Как бы это не казалось удивительным, но вода в космосе — довольно частое явление. Ученые из Космического центра имени Годдарда (лаборатория NASA) опубликовали 18 июня исследование в журнале Publications of the Astronomical Society of the Pacific, которое показало, что Расчеты показали, что более четверти экзопланет с большой вероятностью обладают океанами.
Молекулы воды также могут присутствовать в газопылевом диске вокруг молодых звезд, из которого формируются планетные системы.
Вода на Плутоне ученых не удивила. Важно то, что она находится в жидком состоянии, а значит может создать условия для зарождения жизни.
Внутри Солнечной системы есть несколько тел, на которых ученые не исключают существования примитивных форм жизни в настоящем или в прошлом. Среди них Марс, а также спутники Луна, Церера, Каллисто, Европа, Ганимед, Энцелад, Титан, Диона, Мимас и Тритон.
Чтобы понимать, были ли созданы условия для возникновения живых форм, нужно знать историю образования небесного тела.
За подогрев недр спутников ответственны два процесса: основной вклад вносят приливные деформации из-за сильной гравитации планет-гигантов, но дополнительно повышает температуру распад радиоактивных элементов ядра.
Вокруг Плутона вращается только маленький спутник Харон, вызываемые им приливные деформации очень слабы. Однако, поверхность карликовой свидетельствует о геологической активности.
Ученые долгое время полагали, что Плутон зародился как ледяная сфера в поясе Койпера. Плутон сформировался около 4,5 миллиарда лет назад, как считалось, из холодного местного газа и пыли. Тяжелые радиоактивные элементы постепенно «осели» к центру, образовав ядро.
Происхождение океана глубиной в 400 километров объяснялось тем, что радиоактивные элементы возле твердого ядра Плутона в процессе распада нагрели лед достаточно, чтобы образовать подземный океан.
В новом исследовании ученые использовали геологические наблюдения поверхности Плутона, смоделировав и сравнив сценарии с горячим и холодным формированием карликовой планеты. Исследователи пришли к выводу, что поверхностные элементы на Плутоне лучше всего соответствуют горячему сценарию.
В этом сценарии жидкий океан медленно замерзает с течением времени, хотя и не полностью, и вызывает разломы, наблюдаемые New Horizons в ледяной коре Плутона. Наиболее древние из трещин указывают на расширение с самых первых шагов — а значит, жидкость присутствовала на Плутоне изначально.
Это древнее тепло, судя по всему, появилось из-за гравитационного сжатия материала при формировании планеты. По мнению ученых, в таком сценарии каменные породы должны были интенсивно взаимодействовать с водой, из-за чего океан Плутона может быть богат химическими элементами и обладать предпосылками для зарождения жизни.
Новости от Корреспондент.net в Telegram. Подписывайтесь на наш канал https://t.me/korrespondentnet
Есть ли на Плутоне все необходимое для зарождения жизни?
8.9K
Сложные органические слои дымки, ледяные горы, возможная органика на поверхности и океан жидкой воды под ней – все это указывает на мир с гораздо большим разнообразием, чем полагали ученые.
Плутон с давних времен рассматривался как далекий, холодный и мертвый мир, но первый космический корабль NASA «New Horizons», посетивший его в июле 2015 года, выявил множество сюрпризов этой загадочной карликовой планеты.
Данные, загрузка которых завершилась лишь в октябре 2016 года и на полное изучение которых уйдет еще много лет, заинтриговали ученых сложными химическими процессами. Сложные органические слои дымки, ледяные горы, образовавшиеся в ходе неизвестной геологической активности, возможная органика на поверхности и океан жидкой воды под ней – все это указывает на мир с гораздо большим разнообразием, чем полагали ученые.
«Мы видим органические материалы, воду и энергию», – сказал Майкл Самерс, планетолог команды «New Horizons», специализирующийся на структуре и эволюции атмосфер.
Голубая дымка
Первые снимки Плутона напомнили Самерсу о мире, который он изучал в течение многих лет, работая в университете Джорджа Мейсона. Титан, ледяной оранжевый спутник Сатурна, является единственной луной в Солнечной системе с плотной атмосферой и гидрологическим циклом. Он содержит углеводороды, включая этан и озера из метана, что является соединениями, которые могут быть прекурсорами к необходимой для жизни химии.
Голубая дымка на Плутоне. Credit: NASA/JHUAPL/SwRI
В отличие от Титана Плутон обладает тонкой и разреженной атмосферой с дымкой, распространяющейся по меньшей мере на 200 километров над поверхностью, что в 10 раз превышает ожидания ученых. Но на высоте 30 километров карликовая планета показывает схожий с Титаном парадокс – конденсацию, которая происходит в слишком теплом для образования частиц дымки регионе.
Космический аппарат NASA «Cassini» увидел ту же странность в ионосфере Титана примерно в 500-600 километрах над поверхностью. Через моделирование ученые установили, что конденсация частично является результатом фотохимии спутника Сатурна: ультрафиолетовое излучение разлагает метан, способствуя образованию углеводородов.
«Формирование дымки инициируется в ионосфере, где есть электрически заряженные частицы (электроны и ионы). Электроны «прилипают» к углеводородам и заставляют их держаться вместе. Они становятся очень стабильными и в процессе падения сквозь атмосферу разрастаются на других частицах, прилипших к ним. Чем они больше, тем быстрее падают. На Титане частиц в атмосферной дымке гораздо больше, и они многочисленнее, чем на Плутоне», – рассказывает Майкл Самерс.
В ретроспективе вас не должно удивлять, что процесс на Плутоне, скорее всего, такой же, как на Титане. Как и спутник Сатурна, он имеет атмосферу из азота с метаном в качестве второстепенного элемента.
Основное различие, однако, состоит в атмосферном давлении, на Плутоне оно составляет всего 10 миллибар, а на Титане 1,5 бара (Бар – внесистемная метрическая единица измерения давления, равная 100 000 Паскалей, что немного меньше среднего атмосферного давления на Земле на уровне моря). Эта разница влияет на форму частиц в дымке, так как на Титане время падения сквозь атмосферу значительно больше, и частицы приобретают сферическую форму, в то время как на Плутоне – фрактальную.
Сложные молекулы
С возможностью производства углеводородов и нитрилов еще более интересной становится идея возможности химических процессов на Плутоне, предшествующих зарождению жизни. «Можно начать строить комплекс предбиотических молекул. Например, цианистый водород, являющийся, возможно, ключевой молекулой, ведущей к предбиотической эволюции», – пояснил Майкл Самерс.
Метановый лед на вершинах Плутона. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI
Кроме того, на Плутоне, как и на Титане, в изобилии присутствуют толины – сложные органические соединения, созданные под действием солнечного света.
Они редко встречаются на Земле, но обычны для Титана, и, скорее всего, виновники его оранжевого цвета.
На Плутоне толины ответственны за красноватые участки поверхности, и, по расчетам ученых, их слой может быть толщиной от 10 до 30 метров. Они также были замечены возле ледяных вулканов на карликовой планете. Вполне возможно, что Плутон скрывает под поверхностью океан, похожий на океаны на Титане, Энцеладе и Европе. Однако, у спутников есть дополнительный источник энергии, создаваемый гравитационным воздействием центральной планеты и соседними лунами. Плутон лишен такого нагрева, но, вполне возможно, радиоактивность недр может поддерживать океан в жидком виде.
«Это то, что нужно для жизни: органические вещества, энергия и исходный материал. Я изучаю Плутон всю свою жизнь и никогда не думал, что буду говорить о таких вещах», – заключил Майкл Саммерс.
Плутон, вероятно, поддерживал подземный жидкий океан в течение миллиардов лет
Подземный океан Плутона
Когда космический аппарат «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона в 2015 году, он обнаружил настолько активную и сложную геологию поверхности, что ученые подозревали, что когда-то мог быть океан, погребенный под толстой коркой льда Плутона.
В последние годы эти подозрения стали ближе к предположениям. И теперь большинство ученых-планетологов согласны с тем, что даже сегодня под поверхностью Плутона находится глобальный жидкий океан.
Но как в мире меньше Луны Земли есть океан? И как ему удалось удержать его от замерзания в течение миллиардов лет?
С новым исследованием ученые думают, что наконец получили ответ на эти вопросы.
До сих пор астрономы предполагали, что Плутон образовался из холодного материала, слипающегося очень медленно. По мере того как пыльный диск из обломков собирался вокруг нашего Солнца, карликовая планета постепенно собиралась из кусков камня и льда. Когда Плутон стал достаточно большим, внутреннее тепло растопило бы часть его льда, создав подповерхностный океан. Эта версия работает хорошо, говорят астрономы, поскольку подземный океан Плутона объясняется просто распадом радиоактивных элементов.
Но команда, стоящая за этим последним исследованием, все равно хотела проверить эту теорию.
Они хотели выяснить, был ли Плутон сначала горячим, а сформировался в результате серии массивных столкновений, очень похожих на раннюю Землю.
«Мы довольно хорошо понимаем эту картину, начиная с ранней внутренней части Солнечной системы через метеориты и другие объекты», — говорит ведущий автор исследования Карвер Бирсон, аспирант Калифорнийского университета в Санта-Круз. Однако, добавляет он, «на самом деле у нас не так много информации о внешней части Солнечной системы».
Помещение Плутона в морозилку
Как оказалось, есть способ определить, был ли Плутон горячим или холодным, просто наблюдая за поверхностью карликовой планеты. Это связано с тем простым фактом, что вода расширяется при замерзании и сжимается при таянии.
«Если вы возьмете стакан с водой и поставите его в морозильную камеру, это стекло разобьется за ночь, потому что при замерзании вода расширяется», — говорит Стерн. «То же самое верно и для Плутона».
Когда вода замерзает, молекулы внутри меньше вибрируют и образуют кристаллическую структуру, которая делает лед менее плотным. Вот почему кубики льда плавают в вашем стакане, и вот почему твердая вода также расширяется.
Итак, если Плутон сначала был горячим, а затем медленно замерзал, его поверхность должна была расшириться, оставив следы геологических особенностей, образовавшихся в результате расширения. Но если у Плутона было холодное начало, на поверхности карликовой планеты должны быть признаки сжатия, восходящие к далекой истории мира.
Чтобы выяснить, какой из этих двух сценариев соответствует доказательствам, команда внимательно изучила данные New Horizons в поисках признаков расширения или сжатия. Они были удивлены тем, что обнаружили.
«Мы видим на Плутоне участки, которые выглядят очень старыми, примерно того же возраста, что и Солнечная система, но мы не видим доказательств этого сжатия», — говорит Бирсон. Это говорит о горячем старте.
Одним из таких примеров являются кратеры.
Удары по ледяному миру обычно образуют аккуратные круги. Но со временем все кратеры Плутона растянулись, даже те, что находятся в самых старых местах. Однако ни один из них не сжат.
Есть и другие доказательства.
Бирсон продолжил моделирование раннего формирования Плутона, используя сценарий горячего старта. Он обнаружил, что если бы Плутон образовался в результате быстрой последовательности крупных ударов, тепло от этих взрывов продолжало бы накапливаться. Это поддерживало бы внутренний океан Плутона в жидком состоянии. Но для того, чтобы это произошло, говорит Бирсон, мир должен был сформироваться примерно за 30 000 лет, если не меньше.
Тем не менее, эта идея на самом деле хорошо согласуется с другими недавними моделями ранней эволюции пояса Койпера, области ледяных объектов и карликовых планет за пределами Нептуна. Исследования показывают, что более мелкие объекты пояса Койпера могли сформироваться всего за несколько сотен или тысяч лет.
«Отчасти приятно, что геология говорит нам об этом, — говорит он.
«Люди, пытающиеся понять динамику [пояса Койпера], также приходят к такому выводу». Вывод о горячем старте Плутона «странный и неожиданный ответ», добавляет он.
Сюрприз! Плутон, возможно, обладал подповерхностным океаном при рождении
Плутон, запечатленный космическим кораблем НАСА «Новые горизонты» во время его исторического пролета мимо карликовой планеты в июле 2015 года. Фото: НАСА, JHUAPL и SwRI Новое исследование показало, что началось как горячий мир, который формировался быстро и бурно.
Этот результат предполагает, что Плутон, возможно, обладал подземным океаном с самого начала своей жизни, что потенциально повышает его шансы на существование жизни, говорят исследователи.
В предыдущей работе предполагалось, что Плутон образовался из холодных и ледяных скал, слипшихся вместе в далеком поясе Койпера , кольце объектов за орбитой Нептуна. Хотя есть свидетельства того, что Плутон в настоящее время обладает жидким океаном под своей толстой замороженной оболочкой, исследователи предположили, что этот подповерхностный океан образовался спустя долгое время после того, как Плутон сформировался, после того как лед растаял из-за тепла радиоактивных элементов в ядре Плутона.
Сейчас ученые утверждают, что вместо холодного образования у Плутона был горячий старт, полный взрывной силы.
«Когда мы сегодня смотрим на Плутон, мы видим очень холодный замороженный мир с температурой поверхности около 45 градусов по Кельвину [минус 380 градусов по Фаренгейту и минус 228 градусов по Цельсию]», — ведущий автор исследования Карвер Бирсон, планетолог из Об этом Space.com сообщил Калифорнийский университет в Санта-Круз. «Я нахожу удивительным, что, глядя на геологию, записанную на этой поверхности, мы можем сделать вывод, что Плутон имел быстрое и бурное образование, которое нагрело внутреннюю часть настолько, чтобы образовался подповерхностный водный океан».
Исследователи проанализировали так называемые «объемы растяжения» на поверхности Плутона. Вода расширяется при замерзании, поэтому внутренняя часть Плутона охлаждалась, а поверхность Плутона растягивалась, создавая узнаваемые структуры.
Ученые сравнили геологические наблюдения за Плутоном, сделанные космическим кораблем НАСА New Horizons , который пролетел мимо карликовой планеты в 2015 году, с различными моделями происхождения и эволюции Плутона.
Если бы у Плутона было холодное начало, его замороженная оболочка испытала бы сжатие в начале мировой истории, когда тепло от радиоактивных элементов растопило лед, а затем расширение позже, после того как эти радиоактивные элементы разрушились и Плутон остыл. Однако они обнаружили, что самые древние участки поверхности Плутона, полученные с высоким разрешением, не имеют явных признаков сжатия.
Если бы Плутон формировался быстро и бурно, тепло от сталкивающихся скал, из которых образовался Плутон, должно было исчезнуть относительно быстро, что привело бы к быстрому росту ледяной оболочки, создавшей элементы растяжения в начале истории Плутона. Это замерзание приостанавливалось, когда тепло от радиоактивности становилось основным фактором, и возобновлялось, когда радиоактивные элементы разрушались, медленно создавая протяженные структуры с течением времени.
Особенности растяжения, которые исследователи увидели на ледяной поверхности Плутона — например, трещины в его оболочке и загадочная система гребней и впадин — предполагают, что у Плутона было горячее начало.
«Я думаю, что наиболее интересным следствием является то, что подповерхностные океаны, возможно, были обычным явлением среди крупных объектов пояса Койпера , когда они формировались», — сказал Бирсон.
Эти находки позволяют предположить, что Плутон и другие большие карликовые планеты в поясе Койпера, такие как Эрида, Макемаке и Хаумеа, могли иметь подповерхностные океаны с момента своего образования. По словам исследователей, это могло повлиять на потенциальную обитаемость этих далеких ледяных миров.
«На данный момент мы не знаем ингредиентов или рецептов, необходимых для возникновения жизни в любом мире», — сказал Бирсон. Тем не менее, «мы думаем, что жидкая вода является важным компонентом, и эта работа предполагает, что Плутон уже давно имеет ее».
Бирсон предупредил, что «Новые горизонты» могут делать снимки с высоким разрешением только примерно половины северного полушария Плутона.
«Возможно, мы случайно пропустили какую-то древнюю местность, которая зафиксировала крупномасштабное сжатие», — сказал он.