Снимок Плутона и Харона во время поцелуя и захвата. Фото: Роберт Меликян и Адин Дентон.
Миллиарды лет назад на холодных окраинах нашей Солнечной системы столкнулись два ледяных мира. Вместо того, чтобы уничтожить друг друга в результате космической катастрофы, они вращались вместе, как небесный снеговик, и наконец разделились, оставаясь навсегда связанными на орбите. Именно так возникли Плутон и его крупнейший спутник Харон, согласно исследованию Университета Аризоны, которое бросает вызов десятилетиям научных предположений.
Исследование, проведенное Адином Дентоном, научным сотрудником НАСА, которая проводила исследования в Лунной и планетарной лаборатории Университета А, выявило этот неожиданный механизм «поцелуя и захвата», который может помочь ученым лучше понять, как формируются и развиваются планетарные тела. Принимая во внимание то, что ученые-планетологи упускали из виду на протяжении десятилетий – структурную прочность холодных, ледяных миров – исследователи открыли совершенно новый тип космического столкновения.
Результаты были опубликованы в журнале Nature Geoscience.
На протяжении десятилетий учёные выдвигали теории о том, что необычно большой спутник Плутона Харон сформировался в результате процесса, аналогичного земному спутнику — массивного столкновения, за которым последовало растяжение и деформация жидкоподобных тел, сказал Дентон. Эта модель хорошо работала для системы Земля-Луна, где из-за сильного тепла и больших масс сталкивающиеся тела вели себя скорее как жидкости.
Однако применительно к меньшей и более холодной системе Плутон-Харон этот подход упустил из виду решающий фактор: структурную целостность породы и льда.
«Плутон и Харон разные — они меньше, холоднее и состоят в основном из камня и льда. Когда мы учли реальную прочность этих материалов, мы обнаружили нечто совершенно неожиданное», — сказал Дентон.
Используя расширенное моделирование ударов на высокопроизводительном вычислительном кластере Университета А, исследовательская группа обнаружила, что вместо того, чтобы растягиваться, как глупая замазка во время столкновения, Плутон и прото-Харон фактически временно слиплись, вращаясь как единый объект в форме снеговика. до разделения на бинарную систему, которую мы наблюдаем сегодня.
Бинарная система возникает, когда два небесных тела вращаются вокруг общего центра масс, подобно двум фигуристам, вращающимся, держась за руки.
«Большинство сценариев планетарных столкновений классифицируются как «ударь и беги» или «сожги и слились». Мы обнаружили нечто совершенно иное — сценарий «поцелуй и захвати», где тела сталкиваются, ненадолго слипаются, а затем разделяются, оставаясь гравитационно связанными», — сказал Дентон.
«Самое убедительное в этом исследовании то, что параметры модели, которые помогают захватить Харон, в конечном итоге выводят его на правильную орбиту. Вы получаете две правильные вещи по цене одной», — сказал старший автор исследования Эрик Асфауг, профессор Лунно-планетарная лаборатория.
Исследование также предполагает, что и Плутон, и Харон остались практически нетронутыми во время столкновения, причем большая часть их первоначального состава сохранилась.
По словам Дентона, это бросает вызов предыдущим моделям, которые предполагали значительную деформацию и перемешивание во время удара. Кроме того, процесс столкновения, включая приливное трение при разделении тел, привел к выделению значительного внутреннего тепла в оба тела, что может обеспечить для Плутона механизм образования подземного океана без необходимости формирования в более радиоактивной очень ранней Солнечной системе — временное ограничение, которое беспокоило планетологов.
Исследовательская группа уже планирует последующие исследования для изучения нескольких ключевых областей. Команда хочет изучить, как приливные силы повлияли на раннюю эволюцию Плутона и Харона, когда они были намного ближе друг к другу, проанализировать, как этот сценарий формирования согласуется с нынешними геологическими особенностями Плутона, и изучить, могут ли подобные процессы объяснить образование других двойных систем.
«Мы особенно заинтересованы в понимании того, как эта первоначальная конфигурация влияет на геологическую эволюцию Плутона», — сказал Дентон. «Тепло от удара и последующие приливные силы могли сыграть решающую роль в формировании особенностей, которые мы видим на поверхности Плутона сегодня».
Информация от: Университетом Аризоны
