Планетологи окончательно объяснили возникновение «сердца» Плутона

Когда космический зонд «Новые горизонты» прислал снимки сближения с Плутоном в 2015 году, все сразу обратили внимание на «сердце» на боку карликовой планеты. Тут сыграли роль ракурс и людское воображение. На самом деле, явно выделяется лишь половинка фигуры — белая «капля» равнины Спутника. В длину с «хвостиком» она достигает двух тысяч километров, в ширину — 1,2 тысячи километров. Особенно бросилась в глаза ее «гладкость» — будто бы это лед на поверхности жидкого океана.

Предположение о жидком океане подкрепляло и положение равнины Спутника — чуть севернее экватора. Если бы Плутон был полностью твердым телом, то настолько большая «дырка» спровоцировала бы поворот карликовой планеты. Углубление сместилось бы к ближайшему полюсу. Вместо этого оно находится на противоположной стороне от Харона, который по массе лишь на порядок меньше Плутона. Все это свидетельствует о том, что в равнине Спутника скрывается больше массы, а не меньше.

При этом сама форма равнины Спутника крайне похожа на след от столкновения с массивным объектом. Ученые пробовали доказать это с помощью компьютерного моделирования. У них получилось, что 400-километровый объект мог образовать 800-километровый кратер в лобовом столкновении. Но получить форму «капли» в двухмерных моделях не удалось. В новой работе исследователи использовали трехмерное моделирование. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Astronomy.

Группа ученых из Университета Берна (Швейцария) вместе с коллегами из других институтов проверила сценарии с разными размерами и углом падения объекта, а также разным составом как Плутона, так и ударного тела. В моделировании они использовали «слоеную» карликовую планету с твердым каменным ядром и твердой ледяной мантией температурой от 70 до 250 кельвинов. Также проверили модели с океаном глубиной от 50 до 150 километров.

Параметры ударного тела были более разнообразными, от 400 до 1100 километров в диаметре. Состояло оно из тех же материалов, камня и льда, но разной пропорции: от 5 до 66% камня с оболочкой изо льда. Угол падения — от нуля до 45 градусов. Последствия столкновения моделировали до шести часов после события. К тому моменту в «подлетевшем» состоянии во всех сценариях оставалось не больше 0,5% выбитой материи.

Лучше всего «результат» получился у объекта с каменным ядром от 5 до 30% массой и диаметром около 700 километров (сопоставимо с астероидом Веста), упавшим под углом 15-30 градусов. Во всех случаях получалась «капля» со «входом» в верхней круглой части. Каменный «сердечник» ударного тела, пронзив ледяную мантию Плутона, «тонул» к ядру у «хвостика» капли. Он, вероятно, и стал масконом — концентрацией массы в глубине планеты.

Образовавшийся при этом кратер заполнился льдом от ударного тела. Довольно быстро Плутон «припорошил» его азотным льдом. Согласно модели, так и образовалась светлая ровная «капля» равнины Спутника с масконом в «хвостике». Это объясняет, почему Плутон не развернулся кратером к полюсу: его «удерживает» маскон на экваторе, как раз на противоположной стороне от Харона.

«Внутри Плутон настолько холодный, что камни остались твердыми и не расплавились, несмотря на жар от столкновения. А благодаря углу столкновения и низкой скорости ядро ударного камня не „утонуло“ внутрь ядра Плутона, а осталось кляксой на нем», — объяснил Гарри Баллантин, главный автор исследования из Университета Берна.

Что касается подледного океана, астрономы смоделировали три сценария: глубиной 50, 100 и 150 километров. Если выбирать, то самый близкий по форме кратер получился при 50-километровом океане. Именно такую глубину вывели ученые в предыдущих исследованиях этой гипотезы.

Проблема в том, что сценарий океана «тянет» за собой множество предположений. Например, чтобы он не замерз, там должна быть высокая концентрация аммиака или слой газовых гидратов, защищающих воду ото льда. Таким образом, новая работа пытается «закрыть» глобальный подледный океан Плутона, показывая, что его существование вовсе не обязательно.

В рамках дальнейших исследований можно смоделировать гравитационное поле над масконом, чтобы подтвердить «несмещение» кратера к полюсу. Также можно «поэкспериментировать» с составом и структурой ударного объекта и смоделировать эволюцию такого кратера в условиях Плутона в долгосрочной перспективе.