ייצוג אמנותי של ההשפעה העצומה והאיטית על פלוטו שהובילה למבנה בצורת לב על פניו. קרדיט: אוניברסיטת ברן, טיבו רוג'ר, ערך
המסתורין של איך פלוטו יש תכונה ענקית בצורת לב על פני השטח שלו, סוף סוף נפתרה על ידי צוות בינלאומי של אסטרופיזיקאים בראשות אוניברסיטת ברן וחברי המרכז הלאומי לכשירות במחקר (NCCR) PlanetS. הצוות הוא הראשון שהצליח לשחזר את הצורה יוצאת הדופן באמצעות הדמיות מספריות, ומייחס אותה לפגיעה ענקית ואיטית בזווית אלכסונית.
מאז המצלמות של נאס"אהמשימה של New Horizons גילתה מבנה גדול בצורת לב על פני כוכב הלכת הננסי פלוטו בשנת 2015, "הלב" הזה תמה מדענים בגלל צורתו הייחודית, הרכבו הגיאולוגי והגובה. מדענים מאוניברסיטת ברן בשוויץ ומאוניברסיטת אריזונה השתמשו בסימולציות מספריות כדי לחקור את מקורותיה של ספוטניק פלניטיה, החלק המערבי בצורת דמעה של תכונת פני הלב של פלוטו.
על פי המחקר שלהם, ההיסטוריה המוקדמת של פלוטו התאפיינה באירוע אסון שיצר את ספוטניק פלנטיה: התנגשות עם גוף פלנטרי בקוטר של קצת יותר מ-400 מייל, בערך בגודל של אריזונה מצפון לדרום. ממצאי הצוות, שפורסמו ב אסטרונומיה של הטבעמציעים גם שהמבנה הפנימי של פלוטו שונה ממה שהונח בעבר, מה שמעיד על כך שאין אוקיינוס תת קרקעי.
"היווצרותה של Sputnik Planitia מספקת צוהר קריטי לתקופות המוקדמות ביותר בהיסטוריה של פלוטו", אמרה אדין דנטון, מדענית פלנטרית במעבדה הירחי והכוכבי של UArizona שהייתה שותפה לכתיבת המאמר. "על ידי הרחבת החקירה שלנו לכלול תרחישי היווצרות חריגים יותר, למדנו כמה אפשרויות חדשות לגמרי לאבולוציה של פלוטו, שיכולות לחול על אפשרויות אחרות חגורת קויפר גם חפצים."
מראה של פלוטו שצולם על ידי גשושית החלל New Horizons של נאס"א ב-14 ביולי 2015. קרדיט: נאס"א/מעבדת הפיזיקה השימושית של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס/מכון המחקר בדרום מערב
לב מפוצל
"הלב", הידוע גם בשם Tombaugh Regio, תפס את תשומת הלב של הציבור מיד עם גילויו. אבל זה גם תפס מיד את העניין של מדענים מכיוון שהוא מכוסה בחומר בעל אלבדו גבוה המשקף יותר אור מסביבתו, ויוצר את צבעו הלבן יותר. עם זאת, הלב אינו מורכב מאלמנט אחד. Sputnik Planitia משתרע על שטח של כ-750 על 1,250 מיילים, שווה ערך לרבע מאירופה או ארצות הברית. מה שמדהים, עם זאת, הוא שהאזור הזה נמוך בגובה של בערך 2.5 מיילים מרוב פני השטח של פלוטו.
"בעוד שהרוב המכריע של פני השטח של פלוטו מורכב מקרח מתאן ונגזרותיו המכסים קרום מים-קרח, הפלניטיה מלאה בעיקר בקרח חנקן, שככל הנראה הצטבר מהר לאחר הפגיעה בגלל הגובה הנמוך יותר", אמר המחבר הראשי. מהמחקר, הארי באלנטין, עמית מחקר בברן. גם חלקו המזרחי של הלב מכוסה בשכבה דומה אך דקה בהרבה של קרח חנקן, שמקורה עדיין לא ברור למדענים, אך כנראה קשור לספוטניק פלנטיה.
השפעה אלכסונית
הצורה המוארכת של ספוטניק פלניטיה ומיקומה בקו המשווה מרמזים מאוד על כך שהפגיעה לא הייתה התנגשות חזיתית ישירה אלא התנגשות אלכסונית, לדברי מרטין ג'וצי מאוניברסיטת ברן, שיזם את המחקר. כמו כמה אחרים ברחבי העולם, הצוות השתמש בתוכנת סימולציה של חלקיקים הידרודינמיים החלקים כדי ליצור מחדש דיגיטלית השפעות כאלה, תוך שינוי הן בהרכב של פלוטו והן המשפיען שלו, כמו גם את המהירות והזווית של הפוגע. הדמיות אלו אישרו את חשדות המדענים לגבי זווית הפגיעה האלכסונית וקבעו את הרכב הפוגע.
"הליבה של פלוטו כל כך קרה שהסלעים נשארו קשים מאוד ולא נמסו למרות חום הפגיעה, ובזכות זווית הפגיעה והמהירות הנמוכה, ליבת הפגיעה לא שקעה בליבת פלוטו, אלא נשארה שלמה. כמו שפריץ על זה, "אמר באלנטין. חוזק הליבה הזה והמהירות הנמוכה יחסית היו המפתח להצלחת הסימולציות הללו: חוזק נמוך יותר יביא לתכונת שטח שארית סימטרית מאוד שאינה נראית כמו צורת הדמעה שנצפתה על ידי הגשושית New Horizons של נאס"א במהלך הטיסה שלו על פלוטו ב-2015 .
"אנחנו רגילים לחשוב על התנגשויות פלנטריות כאירועים אינטנסיביים להפליא שבהם אפשר להתעלם מהפרטים מלבד דברים כמו אנרגיה, מומנטום וצפיפות", אמר פרופסור למעבדת הירח והפלנטרית ומחבר המחקר אריק אספאוג, שצוותו שיתף פעולה עם עמיתים שוויצרים מאז 2011, בחנו את הרעיון של "כתמים" פלנטריים כדי להסביר, למשל, מאפיינים בצד הרחוק של ירח כדור הארץ. "במערכת השמש הרחוקה, המהירויות הרבה יותר איטיות מאשר קרובות יותר לשמש, והקרח המוצק חזק, אז אתה צריך להיות הרבה יותר מדויק בחישובים שלך. שם מתחיל הכיף".
אין אוקיינוס תת קרקעי בפלוטו
המחקר הנוכחי שופך אור חדש גם על המבנה הפנימי של פלוטו. למעשה, השפעה ענקית כמו זו שהדמיה התרחשה הרבה יותר מוקדם בהיסטוריה של פלוטו מאשר בתקופה האחרונה. עם זאת, זה מציב בעיה: שקע ענק כמו ספוטניק פלאנטיה צפוי להיסחף לאט לכיוון הקוטב של כוכב הלכת הננסי לאורך זמן בגלל חוקי הפיזיקה, מכיוון שהוא פחות מסיבי מסביבתו. עם זאת, הוא נשאר ליד קו המשווה. ההסבר התיאורטי הקודם עורר אוקיינוס מים נוזלי תת-קרקעי, בדומה למספר גופים פלנטריים אחרים במערכת השמש החיצונית. לפי השערה זו, קרום הקרח של פלוטו יהיה דק יותר באזור Sputnik Planitia, מה שיגרום לאוקיאנוס לבלוט כלפי מעלה, ומכיוון למים נוזליים צפופים יותר מקרח, מה שגורם לעודף מסה הגורם להגירה לכיוון קו המשווה.
המחקר החדש מציע פרספקטיבה חלופית, לדברי המחברים, המצביע על סימולציות שבהן כל המעטפת הקדמונית של פלוטו נחפרת על ידי ההשפעה, וכאשר חומר הליבה של הפוגע ניתך על הליבה של פלוטו, הוא יוצר עודף המוני מקומי שיכול להסביר את הגירה לכיוון קו המשווה ללא אוקיינוס תת קרקעי, או לכל היותר דק מאוד.
דנטון, שכבר פתח בפרויקט מחקר להערכת מהירות ההגירה הזו, אמר שהשערת מקור חדשנית ויצירתית זו לתכונה בצורת הלב של פלוטו עשויה להוביל להבנה טובה יותר של מקורו של כוכב הלכת הננסי.
