Сразу две независимые группы исследователей США одновременно представили миру свой анализ необычных образований, который увидел космический зонд New Horizons, подлетая к Плутону в июле прошлого года.
Планетологи объяснили загадку таинственных ледяных многоугольников, обнаруженных в месте, получившем название Равнина Спутника (Sputnik Planum).
Статьи с их выводами были опубликованы в последнем номере журнала Nature. Как неоднократно заявлял глава миссии Алан Штерн, «Плутон не разочаровал». На этой карликовой планете, рожденной на окраинах Солнечной системы, как и во всех исследованных до нее космических мирах, до сих пор наблюдается геологическая активность, на что указало наличие гор высотой до 3,5 км и громадных холмов, которые, возможно, появились в результате «криовулканизма».
Но больше всего удивили ученых эти самые многоугольники, обнаруженные в районе Равнины Спутника. Они имели схожие формы, схожие размеры от десяти до сорока километров в поперечнике и были удивительно плоскими — разница высот внутри этих многоугольников не превышала нескольких десятков метров.
И что самое интересное, там не было кратеров, которые возникают в результате падения больших астероидов.
В эпоху формирования планет Солнечная система просто кишела этими астроидами, а в поясе Койпера, где находится Плутон, их и сегодня предостаточно, поэтому наличие мест, где по какой-то причине не наследили астероиды, представлялось как минимум удивительным.
Теперь выясняется, что ключ к пониманию феномена лежал на поверхности, точнее — под поверхностью Плутона. Обе группы (одна из Университета Пердью, другая — сборная из разных университетов) нашли этому обстоятельству простое и естественное объяснение — конвекция. То есть то, что на Земле называется круговоротом воды в природе.
Только на Плутоне в роли воды выступает азот, точнее азотный лед.
Этим льдом Плутон изобилует. При температуре примерно 35 К, царящей там, водяной лед имеет твердость алмаза, а вот азот, с его температурой плавления 62 К, представляет собой довольно вязкое вещество. Главное здесь в том, что температурный режим в разных местах Плутона неоднороден — кое-где его подогревают находящиеся внутри скальные породы с большим содержанием долгоживущих радиоактивных изотопов. И именно там азот слегка нагревается, расширяется и как вещество с меньшей плотностью по закону Архимеда начинает всплывать.
Всплыв, он снова охлаждается и тонет. Такой сценарий, напоминают ученые, возможен, однако всплыванию и оседанию азотного льда мешает все та же вязкость. Эта же вязкость не дает человеку тонуть на асфальте, хотя на жаре он вполне может оставить на нем отпечатки своих ботинок. Все здесь зависит от параметра вязкости, который называют числом Рэлея. Если этот параметр больше критического значения, то вязкость всплытию не мешает, а только замедляет его. Обе группы сумели подсчитать для азотного льда в условиях Плутона число Рэлея, и оказалось, что оно превышает критическое значение на несколько порядков.
Так что в многоугольниках плато Спутник идет постоянный круговорот азота со скоростью нескольких сантиметров в год.
И потому поверхность многоугольников обновляется за период от полумиллиона до миллиона лет, что по астрономическим меркам почти мгновение. Это и объясняет отсутствие на поверхности кратеров.
Единственное, в чем не сошлись во мнении исследователи из этих двух групп, — толщина льда в этих ячейках. Группа из Университета Пердью, опираясь на свои расчеты, настаивает на цифрах в районе десяти километров. Сборная группа предъявляет другие расчеты, согласно которым эта толщина не должна превышать 3–6 км.
В любом случае мы имеем дело с ледяными озерами, пока еще из-за своей многоугольности имеющими не слишком понятное происхождение, но демонстрирующими механизм, работающий на большинстве небесных тел, которые нам удалось увидеть, — конвекцию! На Земле, как уже говорилось, это круговорот воды, на полюсах Марса — углекислого газа, на Титане этот круговорот осуществляют метан и этан, и так далее. И получается, что конвекция представляет собой явление, общее для всех небесных тел, различаются только материалы, в ней участвующие, и результаты, к которым она приводит.