The Mystery of Pluto's Beating Heart

Paul Sutter is een astrofysicus aan de Ohio State University en de hoofdwetenschapper van het COSI science center. Sutter is ook gastheer van Ask a Spaceman, RealSpace en COSI Science Now. Hij heeft dit artikel bijgedragen aan de Expert Voices: Op-Ed & Insights van ProfoundSpace.org.

Ik weet niet hoe het met je zit, maar ik was geschokt toen NASA's New Horizons-missie haar eerste reeks hoge resolutiebeelden van het oppervlak van Pluto terugstuurde.

Die schok kwam niet alleen omdat de prestatie zo monumentaal was - de missie slaagde er immers in een ruimtevaartuig met tienduizenden mijlen per uur naar de verre rand van het zonnestelsel te gooien - maar ook vanwege de ongelooflijke complexiteit en subtiliteit te zien in die koude, kleine wereld. [Verbluffende Pluto schijnt nog steeds in de beste close-up-weergaven (foto, video)]

I hart Pluto

Diepe kloven, overlappende kraters, bergketens, bijna vlakke vlaktes en schaduwen van roze, rode en zwarte kruisen het oppervlak van Pluto. Het is een wereld van verrassingen, met honderd vragen beantwoord en duizend meer gevraagd.

En natuurlijk bevat de dwergplaneet het nu iconische hartvormige kenmerk: Tombaugh Regio. Pluto's hart beslaat duizend kilometer (620 mijl), de oostelijke helft verkruimeld met verheven terrein en stugge bergen, de westelijke helft glad en vlak.

Voordat ik verder ga met het beschrijven van deze ongelooflijke functie, neem even de tijd om even stil te staan ​​bij en na te denken over het feit dat Pluto, een wereld die de mensheid al millennia onbekend was en pas identificeerde als een klein lichtvlekje nadat het ontdekt was, nu onthuld wordt in al zijn verwondering en glorie. Mensen geven veertig keer zo ver van de zon namen aan oriëntatiepunten als de aarde. Dat is best verbazingwekkend.

Maar ik dwaal af. Wat is er aan de hand met Pluto's hart? Hoe, en wanneer, is het ontstaan?

Beweging van de (bevroren) oceaan

Sinds die flyby in juni 2015 heeft het ruimtetuig New Horizons zijn zwaarbewaarde gegevens teruggestuurd naar de aarde. En enthousiaste astronomen en planetaire geologen hebben hongerig de informatie en afbeeldingen geconsumeerd, op zoek naar aanwijzingen voor de oorsprong en werking van de nu beroemde functie van Pluto.

En wat een traktatie kregen ze.

Die bergen in de oostelijke helft van Tombaugh Regio? Ze zijn gemaakt van ijs - waterijs. Goede oude H20, gekoeld tot een temperatuur van 40 Kelvins (minus 230 graden Celsius of min 390 graden Fahrenheit), is letterlijk zo sterk als steen. Het is sterk genoeg om bergketens te bouwen zo hoog als de Himalaya.

Planetaire geologen denken dat onder de bevroren stikstofkorst van Pluto een mantel van waterijs zit, en het lijkt erop dat in dit deel van het hart de mantel is doorgebroken en een warboel van bergen, keien en chaotisch terrein heeft gecreëerd.

Dit oosterse complex staat in schril contrast met de bijna vlakke laag bevroren stikstof die de westelijke helft van de Tombaugh-regio domineert, de Spoetnik Planitia. Maar gedetailleerde beelden van de vlakte onthullen een verdacht hexagonaal patroon: kriskras door de bevroren stikstof als een fantastisch koude bijenkorf, het ijs is gesegmenteerd, met diepe spleten die blokken van ijsestikstof scheiden.

De zeshoeken onthullen het geheim van het hart; ze zijn de signaturen van de vloeibare overdracht van warmte van de ene naar de andere kant, convectieprocessen genoemd. Dergelijke processen verschijnen overal waar een vloeistof ongelijkmatig wordt verwarmd, van de zon tot een theeketel. Deze convectie betekent dat iets onder de Spoetnik Planitia warmer is dan 40 Kelvins, en dat zorgt ervoor dat de grote vlakte van bevroren stikstof langzaam in de loop van miljoenen jaren verjaagt.

Onderzoekers zien meer bewijs voor beweging in die glaciale massa dan alleen de convectiecellen. Herinner je je die waterijsbergen? Soms breken ze door geologische activiteit uiteen en vallen ze in de vlakten. Hoewel het zo hard is als steen, is het waterijs minder dicht dan het stikstofijs dat de vlakte domineert, dus gigantische rotsblokken half zo groot als bergen drijven letterlijk op de enorme poel van Sputnik Planitia.

Drijvende ijsbergen - laat die ontzagwekkende indruk je even imponeren.

In de loop van duizenden jaren raken de waterijsblokken, als de bevroren stikstof op ijscircuits overheerst en stroomt, in de spleten tussen de convectiecellen geklemd. Dit produceert een schroothoop van verlaten, ongewenst ijs - een teken van een levend, "kloppend" hart.

Onder het ijs

Deze constante karnen betekent dat de Spoetnik Planitia jong is in vergelijking met de rest van het oppervlak van Pluto. En inderdaad, onderzoekers hebben geen enkele krater op het oppervlak van Sputnik Planitia gezien. Elders op Pluto en zijn maan Charon, cirkelen kraters over het landschap. Dit zijn tekenen van meteorische gevolgen gedurende de miljarden jaren van niet-zo-eenzaam bestaan ​​van deze werelden aan de rand van het zonnestelsel.

Hoe jong is het hart eigenlijk? Wetenschappers weten het niet. Het oppervlak kan verfrissend zijn en de incidentele krater, elke honderdduizend jaar of elke honderd miljoen jaar wissen. Dat is zeker "oud" in menselijke termen, maar jong voor astronomische tijdschalen, en het komt overeen met de geologische tijdschalen van platentektoniek hier op aarde.

De mysteries van Pluto zijn echter niet alleen diep in de huid. Deze ijzige wereld is kleiner dan de maan van de aarde, maar iets houdt Pluto door de aionen warm. Er moeten enkele vervalprocessen zijn of een soort restwarmte van de formatie van de dwergplaneet die de Spoetnik Planitia activeert en het stikstofijs karnen houdt. Waarom bevroor de Planitia niet gewoon lang geleden solide, zoals zoveel andere objecten in het zonnestelsel?

In dit stadium van begrip is het gewoon een mysterie en dat mysterie wordt nog mysterieuzer als de diepere onderzoekers kijken.Wetenschappers zijn niet 100 procent zeker - zoals voor de meeste dingen in de astronomie - hoe Tombaugh Regio zich in de eerste plaats vormde, maar het meest waarschijnlijke scenario is dat een massieve impactor in de begindagen van het zonnestelsel tegen de nieuw gevormde dwergplaneet sloeg.

Volgens dit scenario verspreidde die impact het puin naar de omgeving van Pluto, waarbij het materiaal uiteindelijk samensmolt in Charon en de andere manen. En dezelfde impact zorgde voor een enorme wond in de zijkant van de jonge Pluto, waarbij de ontluikende stikstofschelp als een ei werd gekraakt en aan de ene kant opgeheven ijsbergen en aan de andere kant een permanent bassin bleef. [Kijk: Pluto's Secret Ocean]

Die functie is nooit helemaal genezen, volgens dit scenario. Het gewicht van extra stikstofsneeuw onderdrukte het bassin, en gravitatie-interacties met Charon draaiden Pluto zodat de wond in het schaduwrijkste deel van de wereld lag. Zolang de kern van Pluto warm bleef, zou Sputnik Planitia zijn langzame, koude luchtje voortzetten.

Ik heb het beste deel voor het laatst bewaard. Om het bovenstaande scenario te laten werken, in de vroege dagen van Pluto, moest de dwergplaneet een oceaan met vloeibaar water hebben onder zijn ijskorst. En zorgvuldige observaties van Pluto's rotatie, samen met het grimmige feit dat de dwergplaneet duidelijk nog steeds enigszins warm is, heeft ertoe geleid dat vele planetaire geologen tot de conclusie zijn gekomen dat er misschien nog een laag vloeibaar water net onder het oppervlak is.

Dat is juist. Vandaag. Direct. Er is een zeer reële mogelijkheid van een ondergrondse oceaan binnen Pluto.

Hoe kan deze vloeibare oceaan mogelijk zijn? Helaas kan er nog een sonde nodig zijn om uit te vinden.

Lees meer door te luisteren naar de aflevering "Wat heeft New Horizons geleerd over Pluto?" op de Ask a Spaceman-podcast, beschikbaar op iTunes en op internet op http://www.askaspaceman.com. Bedankt aan romerobryan83 voor de vragen die hebben geleid tot dit stuk! Stel je eigen vraag op Twitter met #ASkASpaceman of door Paul @ PaulMattSutter en facebook.com/PaulMattSutter te volgen.