На карликовой планете Церера есть несколько постоянно темных кратеров, содержащих лед. Астрономы думали, что лед был древним, когда его обнаружили, как и в постоянно затененных областях Луны. Но что-то вызывало недоумение.
Почему некоторые из этих затененных кратеров содержали лед, а другие — нет?
Церера была впервые открыта в 1801 году и считалась планетой. Позже считалось, что это первый когда-либо открытый астероид, поскольку он находится в главном поясе астероидов. С тех пор наши расширяющиеся знания изменили ее определение: теперь мы знаем ее как карликовую планету.
Несмотря на то, что он был обнаружен более 200 лет назад, только в последние пару десятилетий мы смогли хорошо рассмотреть особенности его поверхности. Миссия НАСА Dawn отвечает за большую часть наших знаний о поверхности Цереры, и она обнаружила то, что выглядело как лед в постоянно затененных областях (PSR).
Новое исследование показывает, что эти PSR на самом деле не являются постоянными и что лед, который они содержат, не является древним. Вместо этого ему всего несколько тысяч лет.
Новое исследование называется «История холодных ловушек Цереры на основе уточненных моделей формы» и опубликовано в журнале Planetary Science Journal. Ведущий автор — Норберт Шоргофер, старший научный сотрудник Института планетологии.
«Результаты показывают, что все эти отложения льда должны были накопиться в течение последних 6000 лет или меньше».
Норберт Шоргофер, старший научный сотрудник Института планетологии.
Первые снимки Цереры компания Dawn сделала во время сближения с карликовой планетой в январе 2015 года. В то время она была достаточно близко, чтобы делать снимки не хуже снимков Хаббла. На этих изображениях были видны кратеры и участки с высоким альбедо на поверхности. Захваченный Церерой, «Рассвет» следовал по полярной орбите, уменьшаясь по высоте. В конечном итоге он достиг высоты 375 км (233 мили) над поверхностью, что позволило ему увидеть полюса и поверхность более детально.
«История Цереры началась в 2016 году, когда космический корабль Dawn, который в то время вращался вокруг Цереры, заглянул в эти постоянно темные кратеры и увидел в некоторых из них яркие отложения льда», — сказал Шоргхофер. «Открытие, сделанное еще в 2016 году, поставило загадку: многие кратеры в полярных регионах Цереры остаются затененными в течение всего года – который на Церере длится 4,6 земных года – и поэтому остаются ледяными холодами, но лишь некоторые из них содержат отложения льда».
Продолжая изучать Цереру, ученые сделали еще одно открытие: ее массивные соседи по Солнечной системе заставляют ее колебаться.
«Вскоре еще одно открытие дало ключ к разгадке: ось вращения Цереры колеблется взад и вперед каждые 24 000 лет из-за приливов Солнца и Юпитера. Когда наклон оси велик и времена года сильные, лишь несколько кратеров остаются затененными в течение всего года, и именно эти кратеры содержат яркие отложения льда», — сказал ведущий автор Шоргхофер.
Исследователи построили цифровые карты высот (DEM) кратеров, чтобы раскрыть эти факты. Они хотели выяснить, насколько велики и глубоки тени в кратерах не только сейчас, но и тысячи лет назад. Но это сложно сделать, поскольку во время визита Дон некоторые части этих кратеров находились в глубокой тени. Из-за этого было трудно увидеть глубину кратеров.
Роберт Гаскелл, также из Института планетологии, взял на себя эту задачу. Он разработал новую технику для создания более точных карт кратеров на основе данных чувствительных кадровых камер Dawn, предоставленных для миссии Германией. С повышенной точностью эти карты дна кратера можно было бы использовать для трассировки лучей, чтобы показать, как солнечный свет проникал в тени, пока Церера колебалась на протяжении тысячелетий.
ЦМР на изображении выше показывают, что при наклоне в 20 градусов ни один из кратеров не находится в постоянной тени. Это означает, что ни у одного из них нет действительно постоянных PSR. «PSR начинает появляться в кратере Билвис под углом около 18°, а на других шести участках исследования они появляются при более низких углах наклона. Это означает, что залежи льда удивительно молоды», — пишут исследователи в своей статье.
Около 14 000 лет назад Церера достигла максимального наклона оси. В то время ни один кратер не был PSR. Любой лед в этих кратерах был бы сублимирован в космос. «Это оставляет только одно правдоподобное объяснение: отложения льда, должно быть, образовались совсем недавно. Результаты показывают, что все эти отложения льда должны были накопиться в течение последних 6000 лет или меньше. Учитывая, что возраст Цереры значительно превышает 4 миллиарда лет, это удивительно молодой возраст», — сказал Шоргофер.
Итак, откуда взялся лед?
Должен быть какой-то источник, если лед молодой и продолжает реформироваться при максимальном наклоне. Единственным правдоподобным вариантом является сама Церера.
«Церера — богатый льдом объект, но почти ничего из этого льда не выходит на поверхность. Вышеупомянутые полярные кратеры и несколько небольших пятен за пределами полярных регионов являются единственными обнажениями льда. Однако на небольших глубинах лед встречается повсеместно – как это обнаружил ученый PSI Том Преттиман и его команда еще в 2017 году – поэтому даже небольшой сухой ударник может испарить часть этого льда». — сказал Шоргофер. «Около 6000 лет назад фрагмент астероида мог столкнуться с Церерой, что создало временную водную атмосферу. Как только образуется водная атмосфера, лед конденсируется в холодных полярных кратерах, образуя яркие отложения, которые мы видим до сих пор. Альтернативно, ледяные отложения могли образоваться в результате лавин богатого льдом материала. Тогда этот лед сохранился бы только в холодных затененных кратерах. В любом случае, эти события произошли совсем недавно в астрономическом масштабе времени».
Есть и другие потенциальные источники водяного льда. Церера имеет очень тонкую, непостоянную водную атмосферу. Вода могла появиться в результате криовулканических процессов, а затем застрять и замерзнуть в затененных регионах.
На Церере также есть единственный криовулкан: Ахуна Монс. Ему по меньшей мере пара сотен миллионов лет, и он долго находится в состоянии покоя. Существуют также десятки других спящих потенциальных криовулканов. Но это, скорее всего, не источник воды.
На неглубоких уровнях Цереры имеется достаточно водяного льда. Если карликовая планета со временем подвергнется эрозии, массовое истощение может обнажить и высвободить воду, которая замерзает в кратерах. «Немногие отложения льда, которые были обнаружены спектроскопически за пределами полярных регионов, действительно часто связаны с оползнями, а освещенная солнцем часть ледяных отложений в кратере Затик лучше всего объясняется недавним массовым истощением», — объясняют авторы.
Церера многое пережила. Будучи древней протопланетой, сохранившейся до наших дней, она содержит важные ключи к разгадке Солнечной системы. Хотя ее кратеры не содержат древнего льда, как считалось когда-то, более глубокие исследования раскрывают истинную природу карликовой планеты.
«Отложения льда в Церийских ПМР указывают на активный круговорот воды; Лед либо неоднократно захватывается и теряется, либо часто обнажается, либо и то, и другое», — заключают авторы.
