На астероидах, карликовых планетах и спутниках — по всей Солнечной системе астрономы видят в рельефе кратеров следы потоков воды. Но возможно ли это? Как долго вода может существовать в жидком состоянии в мирах без атмосферы? Довольно долго, как экспериментально доказали ученые.
Импактные события создают экстремальные условия. Под высокой температурой и давлением породы разрушаются, плавятся и даже испаряются. Пока они остывают, по стенкам нового кратера ползут потоки воды вперемешку с пылью и камнями. Точнее, не воды, а, вероятнее, сильного «рассола» из растаявших в толще пород залежей льда. Так ученые объясняют овраги и углубления в рельефе многих космических тел Солнечной системы. На Марсе такие следы не вызывают много вопросов, но откуда они на астероиде Веста?
Веста — крупнейший по размерам и массе астероид в главном поясе астероидов Солнечной системы, расположенном между орбитами Марса и Юпитера. До полета миссии Dawn считалось, что там вообще нет легко испаряющихся соединений вроде воды. Автоматическая межпланетная станция Dawn была запущена для исследования объектов пояса астероидов: Весты и карликовой планеты Цереры.
На снимках, сделанных Dawn, ученые увидели следы потоков жидкости в восьми кратерах Весты. К сожалению, на Церере таких явных формаций рассмотреть не удалось, но это скорее проблема разрешения. Средняя ширина этих «оврагов» на Весте — 30 метров. Были бы они чуть меньше, и на снимках Весты были бы неразличимы. На снимках с Цереры разрешение как раз ниже. В общем, ученые предполагают, что на Церере тоже есть такие «овраги».
Поскольку следы потоков воды встречались только в кратерах Весты, ученые логично предположили, что их источник — подповерхностные залежи водяного льда, растаявшие от импактного события. Такие залежи точно есть на карликовой планете Церере, значит, вероятно, и на астероиде Веста, раз уже там обнаружили следы потоков.
При импактном событии большая часть такого льда сразу испаряется, но некоторые залежи оказываются в подходящих условиях температуры и давления для того, чтобы перейти в жидкую форму. Конечно, и они замерзают, но не сразу. Проведенные ранее расчеты показали, что для образования «оврагов» жидкость должна течь по склонам на протяжении десятков минут.
Ученые из Юго-Западного исследовательского института (США) вместе с коллегами из Лаборатории реактивного движения NASA (США) экспериментально выявили параметры образования таких потоков. Условия импактного события моделировали в камере DUSTIE в лаборатории.
«Мы хотели изучить ранее предложенную нами идею, что импактное событие может вскрыть и растопить подповерхностный лед в мирах без атмосферы, который потом льется по стенкам кратера и формирует детали рельефа», — объяснила руководитель исследования Дженнифер Скалли из Лаборатории реактивного движения NASA.
Авторы нового исследования провели эксперименты с чистой водой, с водным раствором хлорида натрия, а также с примесями в виде стеклянных шариков и фрагментов искусственного реголита. Ученые анализировали, как быстро вода, «рассол» и «грязь» замерзают в условиях вакуума в спокойствии и при перемешивании. Результаты научной работы описаны в журнале The Planetary Science Journal.
Чистая вода замерзает быстро, а раствор хлорида натрия куда более медлителен. Поверхность образца в камере замерзла в течение нескольких секунд, а вот в толще, под замерзшей «крышкой», жидкое состояние сохранялось на протяжении как минимум 54 минут. Глубина образца в эксперименте исчислялась сантиметрами. Ширина «оврагов» на Весте — 30 метров, там жидкое состояние должно держаться часами.
Стеклянные шарики и искусственный реголит ускорили процесс застывания, но ученые предположили, что образцу просто не хватило глубины, чтобы сохранить жидкое состояние в толще. Перемешивание образца разрушало защитную «корку» и лишь ускоряло замерзание. К тому же динамика «ручья» значительно отличается от динамики перемешивания, которую исследователи тестировали в камере.
По предположению авторов статьи, в реальных условиях пыль, камни и обломки породы помогают формированию защитной «корки» на поверхности потока. С другой стороны, примеси породы ускоряют затвердевание в толще. Ученые надеются, что их работа станет основой для дальнейших экспериментов и компьютерного моделирования.
Еще один важный вопрос, на который предстоит ответить: откуда на Весте мог появиться хлорид натрия или другие соединения, подходящее для образования слабо замерзающего «рассола»? Их могли принести метеориты, но вряд ли в количестве, достаточном для образования «ручьев» шириной 30 метров. Примечательно, что на Церере, где «овраги» пока не удалось разглядеть, есть все необходимые ингредиенты. Остается ждать новых исследований и данных наблюдений.
Автор: Дарья Губина