Команда ученых, возглавляемая Юго-западным исследовательским институтом, обнаружила признаки гидротермальных или метаморфических процессов на ледяных карликовых планетах Эрида и Макемаке, расположенных в поясе Койпера.
Присутствие метана на их поверхности демонстрирует характеристики теплой или потенциально горячей геохимической активности в их скалистых недрах, заметно отличающиеся от признаков метана, обнаруженных в кометах.
«Мы видим некоторые интересные признаки жарких времен в прохладных местах», — сказал доктор Кристофер Гляйн из SwRI, эксперт по планетарной геохимии и ведущий автор статьи об этом открытии. «Я пришел в этот проект, думая, что крупные объекты пояса Койпера (ОПК) должны иметь древние поверхности, содержащие материалы, унаследованные от первичной солнечной туманности, поскольку их холодные поверхности могут сохранять летучие вещества, такие как метан. Вместо этого космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) преподнес нам сюрприз! Мы нашли доказательства, указывающие на термические процессы, производящие метан внутри Эрис и Макемаке.
Пояс Койпера и его обитатели
Пояс Койпера — обширная область ледяных тел за орбитой Нептуна на окраине Солнечной системы, имеющая форму пончика. Эрис и Макемаке по размерам сопоставимы с Плутоном и его луной Хароном. Вероятно, эти тела образовались в самом начале истории нашей Солнечной системы, около 4,5 миллиарда лет назад. Считалось, что вдали от тепла нашего Солнца ОПК были холодными, мертвыми объектами. В недавно опубликованной работе по результатам исследований JWST впервые были обнаружены изотопные молекулы на поверхностях Эриса и Макемаке. Это так называемые изотопологи — молекулы, содержащие атомы с разным числом нейтронов. Они позволяют получить данные, полезные для понимания планетарной эволюции.
Команда JWST измерила состав поверхности карликовых планет, в частности соотношение дейтерия (тяжелого водорода, D) и водорода (H) в метане. Считается, что дейтерий образовался в результате Большого взрыва, а водород является самым распространенным ядром во Вселенной. Соотношение D/H на планетарном теле дает информацию о происхождении, геологической истории и путях образования соединений, содержащих водород.
«Умеренное соотношение D/H, которое мы наблюдали с помощью JWST, противоречит присутствию первичного метана на древней поверхности. Первичный метан будет иметь гораздо более высокое соотношение D/H», — сказал Гляйн. «Вместо этого соотношение D/H указывает на геохимическое происхождение метана, образующегося в глубоких недрах. Соотношение D/H похоже на окно. Мы можем использовать его в некотором смысле, чтобы заглянуть в недра. Наши данные свидетельствуют о повышенных температурах в скалистых ядрах этих миров, что позволяет производить метан. Молекулярный азот (N2) также может производиться, и мы видим это на Эриде. Горячие ядра также могут указывать на потенциальные источники жидкой воды под их ледяной поверхностью».
Последствия для обитаемости и будущих исследований
За последние два десятилетия ученые узнали, что ледяные миры могут иметь гораздо более развитую внутреннюю структуру, чем считалось ранее. Доказательства существования подземных океанов были обнаружены на нескольких ледяных лунах, таких как спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа. Жидкая вода является одним из ключевых ингредиентов в определении потенциальной обитаемости планеты. Возможность существования водных океанов внутри Эриды и Макемаке — это то, что ученые собираются изучить в ближайшие годы. Если любой из них пригоден для жизни, то он станет самым отдаленным миром в Солнечной системе, на котором возможно существование жизни. Обнаружение химических индикаторов внутренних процессов делает им шаг в этом направлении.
«Если бы Эрида и Макемаке содержали или, возможно, все еще могли содержать теплую или даже горячую геохимию в своих каменистых ядрах, криовулканические процессы могли бы затем доставлять метан на поверхности этих планет, возможно, в геологически недавние времена», — сказал доктор Уилл Гранди. астроном обсерватории Лоуэлла, один из соавторов Глейна и ведущий автор сопутствующей статьи. «Мы обнаружили соотношение изотопов углерода (13C/12C), которое предполагает относительно недавнее вскрытие поверхности».
Эта работа является частью смены парадигмы в планетарной науке. Все чаще признается, что холодные, ледяные миры могут быть теплыми в глубине души. Модели, разработанные для этого исследования, дополнительно указывают на образование геотермальных газов на спутнике Сатурна Титане, который также имеет большое количество метана. Более того, вывод о неожиданной активности на Эриде и Макемаке подчеркивает важность внутренних процессов в формировании того, что мы видим на крупных ОПК, и согласуется с открытиями на Плутоне.
«После пролета космического аппарата New Horizons к системе Плутона и этого открытия пояс Койпера оказывается гораздо более живым с точки зрения размещения динамических миров, чем мы могли себе представить», — сказал Глейн. «Еще не поздно задуматься об отправке космического аппарата для облета еще одного из этих тел, чтобы поместить данные JWST в геологический контекст. Я верю, что мы будем ошеломлены чудесами, которые нас ждут»!
