Pluto is mooi, ingewikkeld en grondig verwarrend voor wetenschappers

De allereerste vlucht van Pluto kan meer vragen hebben opgewekt dan hij heeft beantwoord.

NASA's New Horizons-ruimtevaartuig ontdekte een verbluffende diversiteit aan terreinen tijdens zijn nadering op 14 juli, van torenhoge waterijsbergen tot een enorme, kratervrije vlakte die grotendeels is onderverdeeld in mysterieuze "cellen" die tientallen kilometers breed zijn.

En dat is alleen op Pluto zelf. De waarnemingen van New Horizons lieten ook zien dat Charon, de grootste maan van de dwergplaneet, een kloonsysteem heeft van minstens 1.050 km lang en een donkere poolmuts die onderzoekers informeel vernoemden naar Mordor, het rijk van de kwaadaardige tovenaar Sauron in J.R.R. De trilogie 'Lord of the Rings' van Tolkien. [Meer Pluto-foto's van New Horizons]

Het begrijpen van alle nieuwe informatie - dat wil zeggen, een relatief volledig begrip krijgen van de evolutie van Pluto en zijn vijf manen - zal enige tijd duren, zei New Horizons hoofdonderzoeker Alan Stern van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado .

"Het is echt ingewikkeld," vertelde Stern aan ProfoundSpace.org. "Dit gaat een heel moeilijk verhaal worden om te ontrafelen."

Grote ijsbergen

Pluto is de bekendste beul van de Kuipergordel, de ring van kille lichamen buiten de baan van Neptunus. De dwergplaneet werd ontdekt in 1930, maar bleef de komende 85 jaar vooral mysterieus omdat het relatief klein is en zo ver weg ligt. (Gemiddeld cirkelt Pluto ongeveer 39 keer verder van de zon dan de aarde.)

Maar de $ 720 miljoen New Horizons-missie heeft Pluto zijn eerste close-up gegeven. Op 14 juli zoomt het ruimtevaartuig in op slechts 12.550 km van het oppervlak van de dwergplaneet, waarbij een verscheidenheid aan gegevens over het Pluto-systeem wordt vastgelegd met zeven verschillende wetenschappelijke instrumenten.

In de afgelopen drie maanden hebben missie-wetenschappers flyby-afbeeldingen en observaties vrijgegeven, evenals hun interpretaties van deze informatie, in een reeks nieuwsconferenties en persberichten. En nu heeft het missieteam, geleid door Stern, veel van deze bevindingen en meer geïntegreerd in zijn eerste wetenschappelijke paper op basis van gegevens met nabije aanpak.

De nieuwe studie, die vandaag (15 oktober) online is verschenen in het tijdschrift Science, meldt de ontdekking van Norgay Montes en Hillary Montes, de waterijs-bergketens op Pluto die 1,2 mijl tot 1,9 mijl stijgen (2 tot 3 km) boven het omliggende terrein, evenals andere, lagere toppen.

Sommige van deze kleinere bergen kunnen in feite ijsbergen zijn, massieven die gescheiden zijn van de bodem en drijven op een zee van bevroren stikstof, zei mede-onderzoeker Bill McKinnon, plaatsvervangend leider van geologie, geofysica en beeldvormingsteam van New Horizons aan de universiteit van Washington in St. Louis. [Flying Over Pluto: Ice Mountains and Young Plains (video)]

Actieve Pluto

Het artikel geeft ook informatie over Sputnik Planum, de enorme bevroren vlakte die Norgay Montes en Hillary Montes aan elkaar grendelen. Sputnik Planum heeft geen gedetecteerde kraters, wat suggereert dat het landschap daar de afgelopen 100 miljoen jaar is opgedoken - zeer recent in het kader van de geologische tijd.

Die onthulling kwam als een grote verrassing, omdat veel wetenschappers vermoedden dat Pluto en andere Kuiper Belt-objecten (KBO's) lang intern "dood" zijn geweest.

"Het vinden dat Pluto na 4,5 miljard jaar geologisch actief is, is er niet genoeg lettertype om dat in te schrijven," zei Stern. "Het is niet te geloven."

Sommige andere ijzige lichamen, zoals Saturnusmaan Enceladus en de Jupiter-satelliet Europa, blijven vandaag geologisch actief. Maar hun activiteit wordt gegenereerd door de krachtige zwaartekrachtsleep van hun gigantische bovenplaneten. Er moet iets anders aan de hand zijn met Pluto, wiens orbitale dans met Charon niet zo'n interne heen-en-weer-beweging produceert.

Dat "iets anders" is waarschijnlijk warmte die wordt gegenereerd door het verval van radioactieve elementen zoals uranium en thorium diep in Pluto, zei McKinnon.

"Je kunt zelfs een interessant soort [warmte] opslagmechanisme hebben," vertelde McKinnon aan ProfoundSpace.org. "Als je genoeg warmte hebt vrijgemaakt tijdens de eerste jaren van Pluto, kun je ijs smelten en een oceaan vormen - maar de oceaan aan de binnenkant, en tijdens het opnieuw vriesen, zal het die warmte teruggeven."

Sputnik Planum lijkt ook de gletsjers van bevroren stikstof, koolmonoxide en methaan te huisvesten, en sommige delen van de vlakte hebben donkere strepen die waarschijnlijk door de Plutonian wind werden gecreëerd. Dan zijn er die veelhoekige celachtige structuren, waarvan de oorsprong wetenschappers nog steeds in de war brengt.

De blokken kunnen het resultaat zijn van samentrekkingsprocessen die lijken op die welke het gebarsten uiterlijk van droge meerbedden hier op aarde creëren, hebben missionologen gezegd. Of ze kunnen worden gevormd door de hitte van Pluto's interieur, op dezelfde manier dat warmte de beweging van vloeistoffen in een lavalamp indrukt.

New Horizons ontdekten ook dat nevelen in Plats ijle atmosfeer zich ongeveer 150 kilometer boven het oppervlak van de dwergplaneet uitstrekken - veel hoger dan verwacht. [Pluto's Pluto's instorting als een komeet? (Video)]

Pluto's manen

New Horizons was niet alleen gericht op Pluto tijdens de flyby; de sonde bestudeerde ook de 750 mijl brede (1.200 km) Charon en de kleine satellieten Nix, Hydra, Kerberos en Styx, die allemaal minder dan 48 km breed zijn.

De nauwe benadering onthulde dat Charon ook een complexe en gevarieerde wereld is; de maan herbergt bijvoorbeeld een bizarre "berg in een slotgracht", naast het gigantische afgrondsysteem en de roodachtige poolmuts.

Verder vond New Horizons wat een grote, roodachtige krater lijkt te zijn op Nix, wat suggereert dat de ijzige satelliet donker kan zijn onder het grotendeels witte oppervlak. Hydra is ook behoorlijk reflecterend en de leden van het studieteam weten niet precies waarom.

"Hoe dergelijke heldere oppervlakken kunnen worden onderhouden op Nix en Hydra over miljarden jaren is een raadsel, gezien het feit dat een verscheidenheid aan externe processen (bijv. Stralingsverduistering, overdracht van donkerder materiaal van Charon via impacts, impact met donkere Kuipergordel meteorieten, enz. ) zou elk de neiging hebben om de oppervlakken van deze satellieten in de loop van de tijd donkerder en rooder te maken, "schrijven ze in de nieuwe krant.

De waarnemingen van New Horizons hebben ook opdrachtmensen in staat gesteld de afmetingen van de niet-ronde Nix en Hydra te meten, die respectievelijk 53 kilometer (54 kilometer) en 43 kilometer (43 kilometer) meten in de langste richtingen.

Gegevens over Styx en Kerberos zijn nog niet beschikbaar voor het beheer van de missie. (De volledige flyby-dataset van New Horizons zal de aarde pas in augustus of september bereiken, zeggen teamleden.) Mensen zouden geen spectaculaire beelden van deze twee kleine manen verwachten, die beide slechts een paar kilometer breed zijn en niet zijn ontdekt tot na de lancering van New Horizons in januari 2006.

Maar "we zullen in staat zijn om te vertellen hoe groot ze zijn - we zullen je dat kunnen vertellen," zei McKinnon.

Vorming en evolutie

De waarnemingen van New Horizons hebben ook de onzekerheid over de grootte van Pluto sterk verminderd, omdat de dwergplaneet 1475 mijl (2.374 km) breed is, ongeveer 8 km lang.

De meting laat zien dat Pluto slechts ongeveer 10 procent dichter is dan Charon, zei McKinnon. En deze kennis zou licht moeten werpen op de lang geleden gigantische botsing waarvan onderzoekers denken dat ze het Pluto-Charon-systeem vormden.

"Het is niet echt duidelijk dat Pluto en Charon zo verschillend zijn in termen van hun bulksamenstelling, dus het verandert de randvoorwaarden van het gigantische-impactmodel enigszins," zei McKinnon.

De gegevens lijken bijvoorbeeld te suggereren dat de oeroude botsing lichamen betrof die relatief vergelijkbaar en meestal ongedifferentieerd waren - dat wil zeggen, geen van beide botsend objecten bezat een grote ijsmantel die in de ruimte werd geblazen.

Maar, in overeenstemming met de raadselachtige aard van Pluto, is er ook meer aan het verhaal - namelijk de ogenschijnlijk ijzige samenstelling van Nix, Hydra en Styx, waarvan wordt gedacht dat ze granaatscherven zijn die door de gigantische inslag worden weggegooid. (Kerberos lijkt veel donkerder te zijn.)

"Als ze van ijs zijn gemaakt, betekent dit dat er een ijslaag moet zijn geweest," zei McKinnon over de kleine manen. "Het is niet helemaal duidelijk hoe alles bij elkaar past."

Over het geheel genomen suggereren de resultaten van New Horizons dat de Kuipergordel en andere verre rijken vele complexe en fascinerende lichamen herbergen, zeiden Stern en McKinnon.

"Gewoon omdat iets ver weg van de zon is en veel ijs op zijn oppervlak heeft, betekent nog niet dat het koud en dood is," zei McKinnon. "Er zijn waarschijnlijk dingen aan de hand op allerlei dwergplaneten die er buiten Neptunus zijn."

New Horizons kunnen van dichtbij een tweede KBO bekijken - geen andere dwergplaneet, maar een klein, primitief brok materiaal dat bijna 4.6 miljard jaar geleden is overgebleven van de formatie van het zonnestelsel. Het ruimtevaartuig vliegt in januari 2019 langs een ongeveer 30 mijl breed (48 km) object met de naam 2014 MU69, als de NASA goedkeurt en een uitgebreide missie voor de sonde financiert.