Na powierzchniach lodowych planet karłowatych Eris i Makemake odkryto ślady aktywności termicznej.
Zespół naukowców odkrył dowody na aktywność hydrotermalną na powierzchniach lodowych planet karłowatych Eris i Makemake, znajdujących się w Pasie Kuipera. Metan wykryty w ich skalistych jądrach ma charakterystyczne cechy ciepłej lub nawet gorącej geochemii, co znacznie różni się od sygnatury metanu pochodzącego z komet.
Obserwujemy interesujące sygnały aktywności termicznej w zimnych rejonach – powiedział dr Christopher Glein z SwRI, ekspert w dziedzinie geochemii planetarnej i główny autor artykułu na temat tego odkrycia. Podjąłem się tego projektu z przekonaniem, że duże obiekty Pasa Kuipera (KBO) powinny posiadać starożytne powierzchnie złożone z materiałów odziedziczonych po pierwotnej mgławicy słonecznej, ponieważ ich chłodne powierzchnie mogą przechowywać lotne substancje, takie jak metan. Jednak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostarczył nam niespodzianki! Znaleźliśmy dowody wskazujące na procesy termiczne generujące metan we wnętrzu Eris i Makemake.
Pas Kuipera stanowi szeroki obszar lodowych obiektów o kształcie torusa, znajdujący się poza orbitą Neptuna na obrzeżach Układu Słonecznego. Eris i Makemake są zbliżone rozmiarem do Plutona i jego księżyca Charona. Prawdopodobnie powstały one we wczesnym okresie historii Układu Słonecznego, około 4,5 miliarda lat temu. Odległe od ciepła Słońca, KBO były dotychczas uważane za zimne, nieaktywne obiekty. W niedawno opublikowanych badaniach dokonano za pomocą JWST pierwszych obserwacji cząsteczek izotopowych na powierzchniach Eris i Makemake. Te tzw. izotopologi to cząsteczki zawierające atomy o różnej liczbie neutronów, dostarczające danych istotnych dla zrozumienia ewolucji planet.
Zespół JWST zbadał skład powierzchni planet karłowatych, ze szczególnym uwzględnieniem stosunku deuteru (ciężkiego izotopu wodoru, D) do wodoru (H) w metanie. Deuter uważany jest za produkt Wielkiego Wybuchu, a wodór jest najbardziej obfitującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Stosunek D/H na powierzchni ciał planetarnych dostarcza informacji o ich pochodzeniu, historii geologicznej oraz procesach tworzenia związków zawierających wodór.
Zaobserwowany umiarkowany stosunek D/H za pomocą JWST przeczy obecności pierwotnego metanu na starożytnej powierzchni – powiedział Glein. Pierwotny metan miałby znacznie wyższy stosunek D/H. Zamiast tego, stosunek D/H wskazuje na geochemiczne pochodzenie metanu produkowanego w głębinach. Możemy traktować stosunek D/H jak okno, które pozwala nam spojrzeć pod powierzchnię. Nasze dane sugerują podwyższone temperatury w skalistych jądrach tych światów, co umożliwia produkcję metanu. Podobnie mogą być produkowane cząsteczki azotu (N2), które obserwujemy na Eris. Gorące jądra mogą również wskazywać na potencjalne źródła ciepłej wody pod ich lodowymi powierzchniami.
W ciągu ostatnich dwóch dekad naukowcy odkryli, że lodowe światy mogą być znacznie bardziej złożone wewnętrznie, niż wcześniej sądzono. Odkryto dowody na istnienie podpowierzchniowych oceanów na kilku lodowych księżycach, takich jak Enceladus, księżyc Saturna, oraz Europa, księżyc Jowisza. Istnienie wody w stanie ciekłym stanowi kluczowy składnik określający potencjalną możliwość zamieszkania tych światów. Naukowcy zamierzają zbadać możliwość istnienia wodnych oceanów pod powierzchnią Eris i Makemake w nadchodzących latach. Jeśli którykolwiek z tych światów jest zdatny do zamieszkania, stałby się najbardziej odległym miejscem w Układzie Słonecznym, które potencjalnie mogłoby gościć życie. Znalezienie chemicznych wskaźników procesów napędzanych wewnętrznie stanowi krok w kierunku osiągnięcia tego celu.
Ta praca stanowi istotny element zmiany paradygmatu w naukach planetarnych. Coraz częściej zauważa się, że zimne, lodowe światy mogą kryć w swoim wnętrzu ciepło. Opracowane modele w ramach tego badania dodatkowo sugerują istnienie gazów geotermalnych na księżycu Saturna, Tytanie, który obfituje w metan. Co więcej, wniosek o nieoczekiwanej aktywności na Eris i Makemake podkreśla istotę procesów wewnętrznych w kształtowaniu tego, co obserwujemy na dużych KBO, co jest zgodne z odkryciami dokonanymi na Plutonie.
Po przelocie New Horizons nad układem Plutona i tym odkryciu, Pas Kuipera okazuje się być znacznie bardziej żywy pod względem dynamicznych światów, niż mogliśmy sobie wyobrazić – powiedział Glein. Nie jest za wcześnie, aby zacząć myśleć o wysłaniu statku kosmicznego, który przeleci obok innego z tych ciał, aby umieścić dane JWST w kontekście geologicznym. Wierzę, że będziemy oszołomieni cudami, które na nas czekają!
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists find evidence of geothermal activity within icy dwarf planets
- Moderate D/H ratios in methane ice on Eris and Makemake as evidence of hydrothermal or metamorphic processes in their interiors: Geochemical analysis
Źródło: SwRI
Na ilustracji: Planety karłowate Eris i Makemake. Źródło: Southwest Research Institute
