Czy planeta karłowata Ceres pochodzi z pasa planetoid?

Jasnożółte osady w kraterze Consus świadczą o kriowulkanicznej przeszłości planety karłowatej Ceres – i ożywiają debatę na temat jej pochodzenia.

Planeta karłowata Ceres jest niezwykłym „mieszkańcem” pasa planetoid. Ze średnicą około 960 kilometrów jest nie tylko największym ciałem między orbitami Marsa i Jowisza; w przeciwieństwie do swoich raczej prosto zbudowanych „współmieszkańców” charakteryzuje się również złożoną i zróżnicowaną geologią. Wiele lat temu sonda kosmiczna Dawn odkryła rozległe złoże amonu na powierzchni Ceres. Niektórzy badacze zakładają, że zamrożony amon odegrał rolę w formowaniu się planety karłowatej. Jednak amon jest stabilny tylko w zewnętrznym Układzie Słonecznym, co wskazuje na jej powstanie z dala od pasa planetoid. Jednak nowe odkrycia z krateru Consus przemawiają przeciwko temu.

Zamarzający wulkanizm
Ceres do niedawna wydawała się być lokalizacją wyjątkowego kriowulkanizmu – i prawdopodobnie nadal nią jest. Podstawowe dane zostały uzyskane przez sondę kosmiczną Dawn, która badała Ceres z bliska w latach 2015–2018. Dane wskazują na burzliwą przeszłość tego ciała niebieskiego – Ceres zmieniła się i ewoluowała przez wiele miliardów lat. Jasne, białawe osady soli można znaleźć w kilku kraterach uderzeniowych. Złoża w kraterze Consus mogą wskazywać na bogaty w jony amonowe materiał, który dotarł na powierzchnię z głębi planety w wyniku aktywności wulkanicznej. Mówiąc dokładniej, naukowcy uważają, że osady są pozostałością solanki, która przedostawała się na powierzchnię z płynnej warstwy między płaszczem a skorupą przez wiele miliardów lat. Obrazy i dane pomiarowe z krateru Consus, które zespół przeanalizował bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej, pokazują teraz tego rodzaju materiał o żółtawym zabarwieniu. Obecność jonów amonowych nie musi zatem wskazywać na pochodzenie z zewnętrznego Układu Słonecznego – Ceres mogła uformować się tam, gdzie obecnie krąży.

Krater w kraterze
Krater Consus znajduje się na południowej półkuli Ceres. Przy średnicy około 64 kilometrów nie jest szczególnie dużym krateren uderzeniowym na jej powierzchni. Zdjęcia wykonane przez system kamer naukowych Dawn, opracowany i zbudowany pod kierownictwem berlińskiego Towarzystwa Maxa Plancka (Max-Planck Gesellschaft –MPS, pokazują obwodową ścianę krateru, która wznosi się około 4,5 kilometra i częściowo uległa erozji do wewnątrz. Otacza ona mniejszy krater o powierzchni około 15 na 11 kilometrów, który dominuje we wschodniej części dna krateru Consus. Żółtawy, jasny materiał znajduje się w pojedynczych plamkach wyłącznie na krawędzi mniejszego krateru i na obszarze nieco na wschód od niego.

Jak sugeruje nowa analiza danych z systemu kamer i spektrometru VIR (Visual and Infrared Imaging Spectrometer), żółtawy, jasny materiał w kraterze Consus jest bogaty w jony amonowe. W śladowych ilościach związek ten, który różni się od amoniaku dodatkowym jonem wodoru, jest niemal wszechobecny na powierzchni Ceres w postaci minerałów bogatych w amon. W przeszłości naukowcy uważali, że minerały te mogły powstać tylko w wyniku kontaktu z lodem amonowym w zimnie na zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego, gdzie zamrożony amon jest stabilny przez długi czas. W mniejszej odległości od Słońca szybko wyparowuje. Ceres musiała zatem uformować się na skraju Układu Słonecznego i dopiero później „przeniosła się” do pasa planetoid – wywnioskowali. Obecne badania po raz pierwszy pokazują związek między amonem a słoną solanką z wewnątrz Ceres. Zespół twierdzi, że ta planeta karłowata niekoniecznie uformowała się w zewnętrznym Układzie Słonecznym – może również pochodzić z pasa planetoid.

Jony amonowe z głębin
Naukowcy zakładają, że składniki amonu były już zawarte w pierwotnych blokach budulcowych Ceres. Ponieważ amon nie łączy się z typowymi minerałami w płaszczu Ceres, stopniowo gromadzi się w grubej warstwie solanki, która rozciągała się między płaszczem i skorupą planety karłowatej. Aktywność kriowulkaniczna spowodowała, że bogata w jony amonowe solanka wznosiła się wielokrotnie w ciągu miliardów lat, a zawarty w niej amon stopniowo przenikał do wielkoskalowych filokrzemianów skorupy Ceres. Filokrzemiany, które charakteryzują się warstwową strukturą krystaliczną, są również szeroko rozpowszechnione na Ziemi, na przykład w glebach gliniastych. Minerały w skorupie Ceres prawdopodobnie wchłonęły amon przez wiele milionów lat niczym gąbka – wyjaśnił dr Andreas Nathues, naukowiec z MPS, pierwszy autor artykułu i były główny badacz zespołu Dawn.

Wiele wskazuje na to, że stężenie amonu jest większe w głębszych warstwach skorupy niż w pobliżu powierzchni. Nieliczne miejsca na powierzchni Ceres, w których można znaleźć wyraźne plamy żółtawo-jasnego materiału poza kraterem Consus, znajdują się również w głębokich kraterach. Jak szczegółowo pokazują obecne badania, uderzenie, które utworzyło mały wschodni krater zaledwie 280 milionów lat temu, prawdopodobnie odsłoniło materiał z głębokich, szczególnie bogatych w amon warstw w kraterze Consus. Żółtawo-jasne plamki na wschód od mniejszego krateru to materiał, który został wyrzucony w wyniku uderzenia.

Liczący 450 milionów lat krater Consus nie jest szczególnie stary według standardów geologicznych, ale jest jedną z najstarszych zachowanych struktur na Ceres. Ze względu na głębokie wykopaliska, daje nam dostęp do procesów, które zachodziły we wnętrzu Ceres przez wiele miliardów lat – a zatem jest rodzajem okna na przyszłość planety karłowatej – powiedział dr Ranjan Sarka, badacz z MPS i współautor badania.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: MPG

Na ilustracji: Dotarcie do celu: Ilustracja przedstawia, w jaki sposób sonda kosmiczna Dawn dociera do planety karłowatej Ceres. Źródło: NASA/JPL-Caltech