Используя трехмерное компьютерное моделирование, астрономы определили характеристики тела, столкновение с которым на экваторе Плутона образовало заметное светлое пятно. Кроме того, результаты недавних расчетов указывают на то, что наличие подледного океана на этой удаленной планете маловероятно.
В 2015 году, когда космический зонд «Новые горизонты» передал изображения, сделанные во время сближения с Плутоном, внимание публики сразу же привлекло образование, напоминающее «сердце» на боковой стороне карликовой планеты. На это повлиял угол съемки и особенности человеческого восприятия. Фактически, различима лишь часть этой структуры – белая область, похожая на «каплю» и являющаяся равниной Спутника. Ее протяженность вместе с прилегающими участками составляет две тысячи километров, а ширина – 1,2 тысячи километров. Примечательным казалась ее необычайная «ровность», создающая впечатление льда на поверхности, покрытой жидкой водой.
Гипотеза о наличии жидкого океана находила поддержку и в расположении равнины Спутника, расположенной чуть севернее экватора. Если бы Плутон представлял собой сплошное твердое тело, то столь крупная «впадина» привела бы к изменению ориентации карликовой планеты. Углубление было бы ориентировано в сторону ближайшего полюса. Вместо этого оно находится на противоположном от Харона, масса которого в десять раз меньше массы Плутона. Все это указывает на то, что в равнине Спутника сосредоточено больше массы, чем если бы там было меньше.
Равнины Спутника имеют вид, напоминающий след от удара крупного тела. Компьютерное моделирование использовалось для подтверждения этой гипотезы. Моделирование показало, что столкновение объекта диаметром 400 километров могло сформировать кратер шириной 800 километров. Однако, в двухмерных моделях не удалось воспроизвести форму, напоминающую «каплю». В новой работе ученые применили трехмерное моделирование. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Astronomy.
Швейцарские ученые из Университета Берна и их коллеги из других исследовательских учреждений изучили различные сценарии столкновения, варьируя размеры и угол падения объекта, а также состав как Плутона, так и тела, с которым он столкнулся. В ходе моделирования рассматривалась структура карликовой планеты, состоящая из твердого каменного ядра и ледяной мантии, температура которой колебалась от 70 до 250 кельвинов. Кроме того, были проанализированы модели, включающие океан глубиной от 50 до 150 километров.
Размеры ударного тела варьировались в пределах от 400 до 1100 километров в диаметре. Его состав также был неоднородным: он состоял из камня и льда в различных пропорциях, от 5 до 66% камня, окруженного ледяной оболочкой. Угол, под которым тело упало, находился в диапазоне от 0 до 45 градусов. Моделирование последствий столкновения проводилось до шести часов после произошедшего события. На этот момент, согласно всем сценариям, не более 0,5% выброшенного вещества оставалось в «прилегающей» области.
Наиболее удачный результат был достигнут при моделировании объекта с каменным ядром массой от 5 до 30% и диаметром примерно 700 километров (что сопоставимо с астероидом Веста), упавшего под углом 15-30 градусов. Во всех случаях формировалась структура, напоминающая «каплю», с «входом» в верхней, округлой части. Каменный «сердечник» ударного тела, пробивая ледяную мантию Плутона, опускался к ядру в области «хвостика» капли. Вероятно, именно он и стал масконом — концентрацией массы в глубине планеты.
Образовавшийся кратер был заполнен льдом, произошедшим от ударного тела. Вскоре Плутон покрыл его слоем азотного льда. Согласно предложенной модели, именно таким образом сформировалась светлая, ровная равнина Спутника, имеющая маскон в виде вытянутой области. Это позволяет понять, почему Плутон не повернул кратер к полюсу: маскон удерживает его на экваторе, напротив Харона.
«Внутренняя структура Плутона характеризуется крайне низкими температурами, что позволило каменным породам сохранить свою твердость и не подвергнуться плавлению даже под воздействием столкновения. Угол удара и невысокая скорость также способствовали тому, что ядро ударного тела не проникло вглубь Плутона, а образовало на его поверхности своеобразный отпечаток», — объяснил Гарри Баллантин, ведущий автор исследования из Университета Берна.
Относительно подледного океана, астрономы создали компьютерные модели, учитывающие три варианта его глубины: 50, 100 и 150 километров. Наиболее близкую к форме кратера симуляция показала при глубине океана в 50 километров. Ранее, в ходе других исследований этой гипотезы, ученые также указывали на подобную глубину.
Проблема в том, что сценарий океана «тянет» за собой множество предположений. Для предотвращения замерзания необходимо наличие высокой концентрации аммиака или слоя газовых гидратов, которые защищают воду от образования льда. Таким образом, новое исследование стремится обосновать отсутствие глобального подледного океана на Плутоне, демонстрируя, что его существование не является неизбежным.
Для продолжения исследований можно создать компьютерную модель гравитационного поля над масконом, чтобы убедиться в «привязанности» кратера к полюсу. Кроме того, возможно проведение экспериментов с составом и структурой тела, вызвавшего удар, и моделирование эволюции подобного кратера в условиях Плутона на протяжении длительного периода времени.