На астероидах, карликовых планетах и спутниках – по всей Солнечной системе астрономы наблюдают следы водных потоков в рельефе кратеров. Но насколько это вероятно? И как долго вода может оставаться в жидком состоянии на планетах, лишенных атмосферы? Экспериментальные исследования показали, что это возможно довольно продолжительное время.
Импактные события приводят к формированию экстремальных условий. Под воздействием высоких температуры и давления горные породы разрушаются, плавятся и могут даже испаряться. В процессе остывания по склонам новообразованного кратера стекают потоки, состоящие из воды, пыли и обломков горных пород. Вероятно, это не обычная вода, а концентрированный раствор, образовавшийся из-за таяния залежей льда, содержащихся в толще пород. Именно так ученые интерпретируют овраги и углубления, характерные для рельефа многих космических тел Солнечной системы. На Марсе подобные образования не вызывают особых затруднений, но что является причиной их появления на астероиде Веста?
Веста — самый крупный астероид как по размерам, так и по массе в главном поясе астероидов, который находится между орбитами Марса и Юпитера. До начала миссии Dawn полагали, что в этом регионе отсутствуют летучие вещества, такие как вода. Для изучения Весты и карликовой планеты Цереры была запущена автоматическая межпланетная станция Dawn.
На изображениях, полученных аппаратом Dawn, исследователи зафиксировали признаки потоков жидкости в восьми кратерах Весты. На Церере выявить подобные структуры не удалось, вероятно, из-за недостаточного разрешения снимков. «Овраги» на Весте в среднем достигают 30 метров в ширину; если бы они были меньше, их было бы трудно различить на снимках. Разрешение изображений, полученных с Цереры, ниже, чем с Весты. Таким образом, ученые считают, что на Церере также могут существовать подобные образования».
Обнаружение следов потоков воды исключительно в кратерах Весты навело ученых на мысль о том, что их происхождение связано с подповерхностными отложениями водяного льда, который растаял в результате столкновения. Известно, что подобные отложения присутствуют на карликовой планете Церере, поэтому можно предположить, что они также существовали на Весте, учитывая обнаруженные там следы потоков.
Во время столкновения значительная часть льда моментально испаряется, однако отдельные залежи оказываются в условиях, благоприятных для перехода в жидкое состояние при определенных температурах и давлении. Эта жидкость, разумеется, впоследствии замерзает, но не мгновенно. Предыдущие расчеты указывают на то, что для формирования «оврагов» жидкости необходимо течь по склонам в течение десятков минут.
Сотрудники Юго-Западного исследовательского института (США) и Лаборатории реактивного движения NASA (США) провели эксперимент, в ходе которого определили характеристики формирования подобных потоков. Для имитации условий столкновения использовалась камера DUSTIE в лаборатории.
«Наша цель заключалась в том, чтобы проверить выдвинутую нами ранее гипотезу о том, что мощное столкновение может обнажить и расплавить скрытый под поверхностью лед на планетах без атмосферы, который затем стекает по стенкам кратера и создает особенности рельефа», — объяснила руководитель исследования Дженнифер Скалли из Лаборатории реактивного движения NASA.
В рамках нового исследования ученые провели эксперименты с чистой водой, раствором хлорида натрия и смесями, содержащими стеклянные шарики и частицы искусственного реголита. Исследователи изучали скорость замерзания воды, солевого раствора и суспензии в вакууме, как в неподвижном, так и в перемешиваемом состоянии. Результаты научной работы описаны в журнале The Planetary Science Journal.
Чистая вода замерзает быстро, а раствор хлорида натрия – значительно медленнее. Образец на поверхности в камере покрылся льдом всего за несколько секунд, однако жидкое состояние под замерзшей «крышкой» сохранялось не менее 54 минуты. Глубина образца в эксперименте составляла несколько сантиметров. Ширина «оврагов» на Весте – 30 метров, и там жидкое состояние должно сохраняться в течение нескольких часов.
Использование стеклянных шариков и искусственного реголита способствовало более быстрому застыванию, однако, по мнению ученых, для поддержания жидкого состояния в толще образцу требовалась большая глубина. Перемешивание разрушало защитный слой и лишь увеличивало скорость замерзания. Кроме того, поведение «ручья» существенно отличается от динамики перемешивания, которую исследователи проводили в камере.
Авторы статьи предполагают, что в естественных условиях пыль, камни и фрагменты породы способствуют образованию защитного слоя на поверхности лавового потока. В то же время, включения горных пород ускоряют процесс затвердевания внутри толщи. Исследователи выражают надежду, что их работа послужит фундаментом для будущих экспериментов и компьютерного моделирования.
Необходимо также определить, каким образом хлорид натрия или другие соединения, способные образовать «рассол» с низкой температурой замерзания, могли появиться на Весте. Возможно, они были доставлены метеоритами, однако их количество, скорее всего, было недостаточным для формирования «ручьев» шириной до 30 метров. Интересно, что на Церере, где «овраги» пока не идентифицированы, присутствуют все необходимые компоненты. Предстоит дождаться проведения дополнительных исследований и получения новых данных наблюдений.