Riješen misterij ‘srca’ na površini Plutona

Misterij neobične geološke formacije u obliku srca na Plutonu možda je konačno riješen zahvaljujući međunarodnom timu astrofizičara koji je uspio replicirati neobičan oblik pomoću numeričkih simulacija, pripisujući ga udaru velikog tijela pod kosim kutom.

---

Od kako su 2015. godine kamere misije New Horizons NASA-e otkrile veliku strukturu u obliku srca na površini patuljastog planeta Plutona, ta neobična formacija neprestano izaziva znanstvenu znatiželju zbog svog jedinstvenog oblika, geološkog sastava i razlike u visini. Tim znanstvenika s Bernskog sveučilišta, u suradnji s članovima NCCR-a PlanetS i kolegama sa Sveučilišta u Arizoni u Tucsonu, koristio je numeričke simulacije za analizu porijekla Sputnik Planitije, zapadnog segmenta ove izražajne površinske karakteristike Plutona.

Veliki sudar kozmičkih tijela

Njihova istraživanja pokazala su da je rana povijest Plutona obilježena dramatičnim događajem koji je formirao Sputnik Planitiju: sudarom s planetarnim tijelom promjera oko 700 kilometara, približno dvostruko većim od Švicarske po širini. Rezultati objavljeni u časopisu Nature Astronomy također upućuju na to da je unutarnja struktura Plutona drugačija od prethodno pretpostavljene, sugerirajući da planet vjerojatno ne sadrži podzemni ocean. Plutonovo “srce”, poznato kao Tombaugh Regio, odmah je nakon otkrića privuklo pažnju javnosti i znanstvenika zbog svoje površine visokog albeda koja reflektira više svjetla od okoline, stvarajući iznimno svijetlu boju. No, ovo “srce” nije ujednačeno; zapadni dio, Sputnik Planitia, prostire se na površini od 1.200 po 2,000 kilometara, što je otprilike četvrtina površine Europe ili Sjedinjenih Država. Posebno je zapanjujuće što je ova regija tri do četiri kilometra niža u odnosu na većinu Plutonove površine.

“Blistava bjelina Sputnik Planitije posljedica je velike koncentracije bijelog dušikovog leda koji se neprekidno kreće i konvektira, čime stalno izglađuje površinu. Vjerojatno se dušik brzo nakupio nakon udara zbog niže nadmorske visine,” objašnjava dr. Harry Ballantyne, vodeći autor studije sa Sveučilišta u Bernu. Istočni dio srca prekriven je sličnim, ali znatno tanjim slojem dušikovog leda, čije podrijetlo znanstvenicima još nije potpuno jasno, iako se smatra da je povezano sa Sputnik Planitijom. “Produženi oblik Sputnik Planitije sugerira da udar nije bio direktno frontalni, već kos,” naglašava dr. Martin Jutzi sa Sveučilišta u Bernu.

Timovi diljem svijeta koristili su softver za simulacije hidrodinamike pomoću glatkih čestica (SPH) kako bi digitalno rekreirali takve sudare, pritom mijenjajući sastav Plutona i udarajućeg objekta, kao i brzinu i kut udara. Simulacije su potvrdile znanstvene hipoteze o kosom kutu udara i odredile sastav udarajućeg tijela.

Karakteristike udara

“Jezgra Plutona je toliko hladna da stijene ostaju iznimno čvrste i ne tope se unatoč toplini udara. Zahvaljujući kutu udara i niskoj brzini, jezgra udarajućeg tijela nije prodrla duboko u Plutonovu jezgru, već je ostala na površini,” objašnjava detaljno dr. Harry Ballantyne sa Sveučilišta u Bernu. “Ispod Sputnik Planitije nalazi se jezgra drugog masivnog tijela koju Pluton nikada nije u potpunosti asimilirao,” dodaje suautor Erik Asphaug sa Sveučilišta u Arizoni. Ova strukturalna čvrstoća i relativno niska brzina bili su ključni za uspjeh simulacija; manja snaga rezultirala bi vrlo simetričnim ostacima na površini koji ne bi odgovarali suzolikom obliku zabilježenom tijekom misije New Horizons. “Obično mislimo na planetarne sudare kao na izuzetno intenzivne događaje gdje su detalji poput energije, momenta i gustoće od ključne važnosti. Međutim, u dalekom solarnom sustavu, brzine su znatno niže, a led je izuzetno čvrst, što zahtijeva mnogo preciznije proračune. To predstavlja pravi izazov,” ističe Asphaug.

Ovi timovi surađuju već godinama, istražujući od 2011. godine koncept planetarnih “otisaka” kako bi objasnili, primjerice, značajke na tamnoj strani Mjeseca. Nakon istraživanja Mjeseca i Plutona, tim sa Sveučilišta u Bernu planira proučiti slične slučajeve za druge objekte u Sunčevom sustavu, uključujući patuljasti planet Haumea, koji je po svojim karakteristikama sličan Plutonu. Najnovija studija otkriva nova saznanja o unutarnjoj strukturi Plutona. Veliki udar, kakav je simuliran, vjerojatno se dogodio vrlo rano u povijesti Plutona. Međutim, postavlja se pitanje: velika depresija poput Sputnik Planitije očekuje se da će se s vremenom pomaknuti prema polovima patuljastog planeta zbog zakona fizike, jer ima manjak mase, no neobično je što se nalazi blizu ekvatora.

Prethodne teorije sugerirale su da Pluton, kao i neka druga planetarna tijela u Sunčevom sustavu, posjeduje podzemni ocean tekuće vode. Prema tim teorijama, ledena kora Plutona bila bi tanja u regiji Sputnik Planitije, što bi uzrokovalo izbočenje oceana. Budući da je tekuća voda gušća od leda, to bi rezultiralo viškom mase koji bi potaknuo migraciju prema ekvatoru. No, nova studija nudi drugačiji pogled. “U našim simulacijama, cijeli Plutonov prvobitni plašt iskopan je udarom, a kako materijal jezgre udarajućeg objekta prska na Plutonovu jezgru, stvara se lokalni višak mase koji može objasniti migraciju prema ekvatoru bez postojanja podzemnog oceana ili s vrlo tankim slojem,” objašnjava Martin Jutzi. Dr. Adeene Denton sa Sveučilišta u Arizoni, također suautorica studije, trenutno provodi novi istraživački projekt kako bi procijenila brzinu ove migracije. “Ovaj novi i inovativni pogled na srčani oblik Plutona može doprinijeti boljem razumijevanju njegovog porijekla,” zaključuje dr. Denton.