Сенсация от New Horizons: на Плутоне впервые обнаружен жидкий азот

Руководитель миссии «Новые горизонты» (New Horizons) Алан Стерн с коллегами представили революционную научную работу, фактически меняющую устоявшиеся представления о геологическом облике Плутона. На страницах Planetary Science Journal опубликованы убедительные свидетельства того, что на поверхность карликовой планеты из глубины просачивается жидкий азот. Исследователи детально проанализировали тёмные линейные следы и расплывчатые пятна в северном секторе азотного ледника Спутник, которые буквально вмонтированы в конвекционные структуры льда. Эти уникальные особенности рельефа были запечатлены космическим аппаратом ещё в 2015 году с детализацией порядка 70 метров на пиксель.

Стерн в соавторстве с ведущими гляциологами доказал, что внешне эти образования удивительно похожи на следы от дождевых потоков или подземных выходов воды на ледниках нашей планеты. Поскольку выпадение жидкого азота из атмосферы Плутона термодинамически невозможно, исследователи пришли к выводу: влага поступает из подледниковых горизонтов.

Главной причиной феномена стало затухание твердотельной конвекции, которая в обычных условиях эффективно рассеивает внутреннее тепло ледника. В рамках многомиллионных циклов азота (продолжительностью около 3 млн лет) северная область ледника постепенно истончается. Математические модели показывают: при толщине ледяного панциря около километра и фоновом геотермальном потоке в пределах 4–18 мВт/м² конвекционные процессы прекращаются. Из-за падения механических напряжений и укрупнения кристаллов резко возрастает вязкость льда, тепло начинает передаваться исключительно путем теплопроводности, а придонная температура достигает точки плавления азота (около 63 Кельвинов). Уже на глубине 20 метров давление превышает критическую тройную точку (12,5 кПа), обеспечивая стабильность жидкой фазы. Скапливающийся внизу жидкий азот обладает меньшей плотностью по сравнению с твёрдой фазой (примерно на 11%), что заставляет его устремляться вверх.

Расчёты динамики потока демонстрируют, что стационарное таяние со скромной скоростью (не превышающей 1 кубический метр в секунду) не способно сформировать постоянные ручьи в трещинах — для этого потребовалось бы не менее 25 кубометров в секунду. Следовательно, жидкость аккумулируется в скрытых полостях и выбрасывается порциями, что аналогично земным гляциологическим процессам. Расчётная ширина трещин для чистого азота составляет около 15 сантиметров, а для субстанций с примесью толинов может достигать метра. Подобные микротрещины недоступны для оптических приборов New Horizons, однако выброшенная влага растекается по понижениям рельефа на стыках конвекционных ячеек и замерзает, формируя характерные тёмные полосы.

Потемнение поверхности может быть обусловлено как выносом глубинных минеральных включений, так и резким укрупнением зёрен льда под воздействием жидкости — хорошо изученный гляциологами эффект, наблюдаемый в дренажных системах и озёрах талой воды на ледяном щите Гренландии.

Авторы отмечают, что на других объектах пояса Койпера подобные структуры пока не зафиксированы, однако больше половины поверхности Плутона всё ещё ждёт съёмки с высоким разрешением. Не исключено, что аналогичные геологические механизмы прямо сейчас действуют на Эриде и других планетоидах с мощными азотными ледниками.

Полученные данные кардинально меняют взгляд на Плутон: теперь это не просто мир с цикличной конвекцией азота каждые полмиллиона лет, а динамичное небесное тело с периодическими выбросами жидкости. Обнаружение таких изменчивых структур открывает новое направление для будущих космических миссий к дальним рубежам Солнечной системы.

Источник: iXBT