Lodowe planety karłowate na rubieżach Układu Słonecznego mogą skrywać podpowierzchniowe oceany

Pas Kuipera to rozległy obszar poza orbitą Neptuna, na skraju Układu Słonecznego. Znajdują się w nim miliony mniejszych i większych obiektów, które, jak się uważa, są pozostałościami po procesie formowania się Układu Słonecznego. Poza kosmicznym gruzem, krążą tam też planety karłowate. Największą z nich jest Pluton. To również najjaśniejszy obiekt w Pasie Kuipera.

Dotychczas uważano, że obiekty znajdujące się tak daleko od ciepła Słońca to zimne i martwe ciała. Ale pozory mogą mylić. Astronomowie korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) znaleźli dowody na aktywność hydrotermalną na lodowych planetach karłowatych Eris i Makemake, znajdujących się w Pasie Kuipera.

Opis oraz rezultaty badań ukazały się w dwóch publikacjach na łamach pisma "Icarus" (DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115923, DOI: 10.1016/j.icarus.2024.115999).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Eris jest porównywalna pod względem wielkości do Plutona. Makemake jest nieco mniejsza. Jednak światy te okrążają Słońce w znacznie większej odległości niż Pluton. Obie planety karłowate, podobnie jak Pluton, wykazują ślady oceanów znajdujących się pod ich zamarzniętą skorupą. Ciała te prawdopodobnie powstały na początku historii naszego Układu Słonecznego, około 4,5 miliarda lat temu.

W nowych badaniach astronomowie dostrzegli ślady wysokotemperaturowych zjawisk zachodzących pod lodowymi skorupami tych planet karłowatych. - Widzimy kilka interesujących oznak gorących zjawisk w chłodnych miejscach – powiedział dr Christopher Glein Southwest Research Institute, główny autor publikacji. - Przystąpiłem do tego projektu z myślą, że duże obiekty Pasa Kuipera (Kuiper Belt objects, KBO - przyp. Red.) powinny mieć starożytne powierzchnie wypełnione materiałami odziedziczonymi z pierwotnej mgławicy słonecznej, ponieważ mogą zachować substancje lotne, takie jak metan. Zamiast tego Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zrobił nam niespodziankę! Znaleźliśmy dowody wskazujące na procesy termiczne wytwarzające metan wewnątrz Eris i Makemake – dodał.

W nowo opublikowanej pracy zespół astronomów z pomocą JWST zmierzył skład powierzchni planet karłowatych, w szczególności stosunek deuteru (ciężkiego wodoru, D) do wodoru (H) w metanie. Uważa się, że deuter powstał podczas Wielkiego Wybuchu, a wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Stosunek deuteru do wodoru na ciele planetarnym dostarcza informacji o pochodzeniu, historii geologicznej i ścieżkach powstawania związków zawierających wodór.

- Umiarkowany stosunek deuteru do wodoru, który zaobserwowaliśmy za pomocą JWST, przeczy obecności pierwotnego metanu na starożytnej powierzchni. Pierwotny metan miałby znacznie wyższy stosunek deuteru do wodoru – powiedział Glein. - Zamiast tego stosunek deuteru do wodoru wskazuje na geochemiczne pochodzenie metanu, który jest prawdopodobnie wytwarzany we wnętrzu planet karłowatych. Stosunek deuteru do wodoru jest jak okno. Możemy go używać do zaglądania pod powierzchnię. Nasze dane sugerują, że w skalistych jądrach tych światów panuje podwyższona temperatura, w wyniku której może dojść do powstania metanu. Może również tam powstać azot cząsteczkowy (N2), co widzimy na Eris. Gorące jądra tych obiektów mogą również wskazywać na obecność ciekłej wody pod ich lodowymi powierzchniami – podkreślił Glein.

Lodowe światy mogą podlegać ewolucji w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądzono. Dowody na istnienie podpowierzchniowych oceanów znaleziono na kilku lodowych księżycach, takich jak księżyc Saturna Enceladus czy księżyc Jowisza Europa. Woda w stanie ciekłym jest jednym z kluczowych składników określających potencjalną możliwość zaistnienia i rozwoju życia, przynajmniej takiego, jakie znamy. Naukowcy wskazują, że inne zimne, lodowe światy też mogą być ciepłe we wnętrzu.

- Jeśli w skalistych jądrach Eris i Makemake zachodziły lub być może nadal zachodzą procesy geotermalne, to poprzez kriowulkanizm mogłyby dostarczyć metan na powierzchnię tych planet karłowatych, być może w niedawnych geologicznie czasach – powiedział dr Will Grundy z Obserwatorium Lowell, współautor publikacji. - Odkryliśmy, że stosunek izotopów węgla (13C/12C) sugeruje jego niedawne pojawienie się na powierzchni – dodał.

- Po przelocie sondy New Horizons obok układu Plutona i dzięki naszym odkryciom za pomocą JWST Pas Kuipera okazuje się znacznie bardziej żywy, jeśli chodzi o występowanie dynamicznych światów, niż byśmy sobie to wyobrażali. Nie jest za wcześnie, by zacząć myśleć o wysłaniu statku kosmicznego, aby przeleciał obok jednego z tych ciał, w celu umieszczenia danych zebranych przez JWST w kontekście geologicznym. Wierzę, że będziemy oszołomieni cudami, które nas czekają – powiedział Glein.