Ранее считалось, что Плутон и другие карликовые планеты Солнечной системы давно мертвы. Представляя себе их, мы воображаем промёрзший до ядра (если оно есть) мир, где нет движения, всё навеки застыло. Но, как оказалось относительно недавно, Плутон вполне может быть геологически активным. Одно из косвенных доказательств — изменение поверхности карликовой планеты. Есть и другие факторы, указывающие на определённые процессы, происходящие внутри Плутона. Исследователи полагают, что всё это может быть актуальным и для ряда объектов в поясе Койпера. Непрямые доказательства удалось обнаружить при помощи телескопа «Джеймс Уэбб», в частности, на карликовых планетах Эрида и Макемаке. Подробности — под катом.
Далёкие и очень холодные. Или нет?
Объекты пояса Койпера настолько удалены от Солнца, что азот, метан и углекислый газ находятся в замороженной форме. Астероиды, кометы, карликовые планеты из пояса сформировались за пределами гравитационного влияния восьми основных планет. В отдалённых от Солнца областях изначально было гораздо меньше исходного материала. Поэтому местные «жители» относительно малы.
Они не всегда были холодными. Так, в период формирования они были горячими из-за физико-химических процессов. Но эти объекты быстро теряли тепло, отдавая его через всю площадь поверхности. С тех пор нагревание возникает только от редких столкновений с другими объектами или от распада радиоактивных элементов.
Исследователи пока не могут сказать, как выглядят поверхности Эриды и Макемаке этих планет, а отправка миссии к любой из них для проверки займёт не одно десятилетие. Однако с помощью космического телескопа планетологи и геофизики расширили свои знания о них.
Телескоп позволил получить спектр света, отражённого от поверхности карликовых планет. «Джеймс Уэбб» анализирует более широкий спектр излучений, чем другие инструменты. Поэтому исследователи получают больше информации о составе поверхности карликовых планет. Кроме того, телескоп может определять различные изотопы элементов в химических соединениях. Например, метан (CH4) может содержать изотоп дейтерия (D), который тяжелее обычного водорода. Путём анализа этих изотопов и их соотношения исследователи могут делать выводы о происхождении химических элементов и процессах, идущих на планетах.
Неожиданное открытие
На поверхности Эрис и Макемаке учёные обнаружили большое количество метанового льда. Учёные также увидели следы азотного льда на Эрисе. Удивительно, что на обеих карликовых планетах отсутствует угарный газ, который является основным компонентом льдов на кометах, сформировавшихся в поясе Койпера. И именно это вызвало у исследователей подозрение, что на поверхностях планет-карликов происходят особые процессы. Например, там отсутствуют признаки и более сложных органических молекул, которые обычно образуются, когда метан попадает под действие радиации — этан, этилен и ацетилен. В спектре также не обнаружены вода, диоксид углерода и аммиак.
Учёные занимались поиском присутствия следов метана с изотопами углерода и водорода. Метан может содержать углерод-12, углерод-13, водород и дейтерий. Измерения проводились для определения соотношений между двумя изотопами каждого элемента в метане. Затем производилось сравнение с аналогичными показателями других объектов в Солнечной системе. Такой подход позволяет сделать выводы о происхождении и химических процессах на исследуемых объектах.
Считается, что те из них, что находятся далеко от звезды, состоят из соединений, которые имеют похожий состав и соотношение изотопов. Аналогичные показатели, вероятно, были в исходных материалах при формировании самой Солнечной системы. Однако объекты, находящиеся ближе к Солнцу, более подвержены химическим реакциям из-за более высокой активности и температуры.
Но всё оказалось не совсем так. Соотношение водорода к дейтерию значительно ниже ожидаемых для материала ранней Солнечной системы, как это было зарегистрировано в образцах кометы 67P/Чурюмова-Герасименко во время миссии «Розетта». А вот соотношение между двумя разными изотопами углерода было примерно таким, как ожидалось. Это означает, что процессы, влияющие на соотношение водорода и дейтерия, вероятно, отличаются от тех, которые влияют на содержание изотопов углерода.
Поиск причин
Итак, исследователям предстоить ещё раскрыть несколько загадок. Одной из них является неожиданное присутствие изотопов водорода. Другой — отсутствие многих ожидаемых веществ. Наконец, на поверхности объектов обнаружено много метана, который по идее должен образовать более сложные химические соединения, как на других объектах Солнечной системы. Однако их нет. Эти научные загадки требуют дополнительных изысканий.
Учёные также отметили, что соотношения изотопов водорода напоминают те, что обычно присутствуют в воде на кометах и ледяных спутниках дальних планет Солнечной системы. Исходя из этого наблюдения, они решили проверить, возможно ли, что некоторое количество метана могло образоваться после формирования Макемаке и Эрида.
Он может появиться в ходе разных химических реакций. Но для подавляющего большинства из них требуется температура выше точки кипения воды, что немного неожиданно, учитывая характер происхождения и расположение Эриды и Макемаке.
Скорее всего, радиоактивные процессы, идущие в ядрах карликовых планет, могли стать причиной повышения температуры до уровня, достаточного для таяния льда и появления подповерхностных океанов. Это, в свою очередь, могло бы обеспечить условия для образования метана и его выноса на поверхность этих объектов.
Всё это происходит, возможно, даже сейчас — т.е. на Эриде и Макемаке идут процессы, в результате которых свежий метан по-прежнему выделяется. Это может быть связано с геологической активностью. Возможно, именно поэтому на поверхности планет-карликов отсутствуют некоторые сложные органические соединения. И, к слову, если даже Макемаке активна геологически, то, вероятно, что и другие карликовые планеты, такие как Хаумеа, тоже могут быть живыми.