Новая теория объясняет необычный красно-ржавый оттенок поверхности спутника Плутона Харона, а также других объектов пояса Койпера. На этот раз красную полярную шапку связывают с миграцией к полюсам и замерзанием метана, высвободившегося в результате деятельности криовулканов на космическом теле.
Некоторое время назад выяснилось, что много ледяных космических тел из пояса Койпера полностью или частично покрыты материалом с красновато-коричневым оттенком. Предполагается, что этот материал является разновидностью толинов — класса органических полимеров, которые возникают, когда органическое вещество подвергается действию ультрафиолетового излучения. Термин используется для такого класса веществ, которые обнаруживают на отдалённых телах Солнечной системы — спутниках газовых планет или карликовых планетах пояса Койпера, но изначально его ввели для обозначения протоорганических веществ, которые получались в экспериментах по «зарождению жизни в пробирке» (экспериментах Миллера—Юри 1950-х годов). Но такой результат вызвал больше вопросов, чем ответов: прежде всего непонятно, откуда на этих карликовых планетах взялась органика. На этот счёт пока существуют несколько конкурирующих гипотез, и ни одна из них ещё не вырвалась вперёд. Новое объяснение предполагает, что материал образовался из метана, который в свою очередь отложился на полюсах Харона из криовулканов. Статья группы планетологов из университета Purdue с очередной правдоподобной гипотезой вышла в сентябре 2022 года в Nature Communications.
Для проверки теории астрономы обратили внимание на один из самых изученных объектов пояса Койпера — на «луну» Плутона под названием Харон. На её северном поясе как раз прослеживается шапка из толина. Предыдущие попытки объяснить её происхождение связывали её с Плутоном: газы, которые выбрасываются с его поверхности в космическое пространство, неизбежно достигают и спутника и могут конденсироваться, образуя налёт на его поверхности. Но исследования также указывают на то, что спутник в своё время был покрыт жидким океаном, содержащим множество соединений включая метан.
При замерзании океана метан мог «вмерзать» в лёд — точно так же, как метан и другие парниковые газы на Земле захватываются вечной мерзлотой и могут высвобождаться в атмосферу, если в результате климатических изменений происходит её подтаивание. Но при замерзании масс воды давление возрастает, и во льду могут формироваться трещины, которые приводят к извержениям криовулканов. В таких извержениях наружу может высвобождаться некоторое количество захваченного метана. Если газ может дрейфовать по поверхности планеты, часть его попадает и на полюсы и замерзает там, выпадая в виде слоя отложений. За миллионы лет такая шапка получает изрядную долю радиоактивного излучения от Солнца, несмотря на солидное расстояние, и соответственно краснеет.
Астрофизики провели компьютерное моделирование перемещения молекул метана в атмосфере Харона и рассчитали, сколько метана может при этом высвободиться и покинуть планету, и какая доля его при этом может мигрировать к полюсам. Их оценки дают 1000 миллиардов тонн газа, который мог осесть в виде шапки вблизи северного полюса. Такого количества вполне достаточно, чтобы образовать заметный в телескоп покров специфического цвета.
Напомним, что основной массив сведений о Плутоне, его спутнике Хароне и некоторых других объектах пояса Койпера получен с аппарата New Horizons, который в 2015 году совершил облёт Плутона и отправился к более удалённым космическим телам. Тогда же и были составлены подробные карты Плутона и Харона, которыми пользуются планетологи (фрагмент такой карты с Долиной Вулкана, или Vulcan Planitia на Хароне виден на картинке ниже).
О некоторых новых результатах исследования этих карликовых тел по мотивам съёмки «Новых горизонтов» есть отдельные статьи, например, смотрите заметку про метановые шапки на Плутоне.
Подготовка материала: Сергей Шапиро