Келси Сингер (Kelsi N. Singer) и Алана Стерн (Alan Stern) из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (США) попытались сравнить потери азота разреженной атмосферой Плутона и количество этого газа, которое планета может получать из накопленного ею азотного льда. В своем препринте исследователи
к выводу, что для поддержания наблюдаемой азотной атмосферы карликовая планета должна иметь какую-то собственную вулканическую активность, обычно не предполагаемую для тел ее размера.
Плутон располагает крайне разреженной газовой оболочкой, давление которой сезонно нарастает летом до 2,3 паскалей, и снижается зимой до 0,65 паскалей. Среднее годовое давление оценивается в 1 паскаль, то есть равным одной стотысячной давления на поверхности Земли. Основными компонентами атмосферы Плутона являются азот (более 90%), метан и угарный газ. Однако происхождение даже такой неплотной газовой оболочки в значительной степени является загадкой. Гравитация этой карликовой планеты намного меньше лунной, при этом на Луне атмосфера практически отсутствует.
Авторы оценили массу азота в наблюдаемой атмосферы Плутона как равную всего лишь ~3x1016 грамм, а скорость его утечки (с учетом того, что гравитация Плутона в 16 раз слабее земной) по самым консервативным оценкам лежит в диапазоне 1,5-15x1012 грамм в год. Таким образом, без мощного притока извне вся атмосфера этой карликовой планеты была бы утеряна за считанные десятки тысяч лет, а скорее всего – еще быстрее. Согласно моделированию Сингера и Стерна, за последние 4 миллиарда лет Плутон должен был потерять примерно 7x1021-22 грамм молекулярного азота.
В связи с этим авторы высказывают сомнения в текущей модели пополнения плутоновой атмосферы, согласно которой весь азот поступает туда при таянии льда с поверхности планеты. По их расчетам получается, что за последние миллиарды лет Плутон должен был потерять слой азотного льда толщиной от 300 метров до 3 километров. Более того, исходя из средней распространенности азота в телах Солнечной системы, на Плутоне не может быть более 3x1022 грамм азота, что меньше общих предполагаемых потерь его атмосферы. И только если его состав ближе к кометному, чем к метеоритам и другим твердым телам Солнечный системы, он может располагать таким объемом этого вещества, который бы позволил поддерживать наблюдаемую сегодня атмосферу.
Тем не менее, подчеркивают ученые, очевидно, что весь этот азот не мог быть сосредоточен только в верхних трех километрах поверхности, а значит его постоянное пополнение в атмосфере говорит о каких-то процессах, не связанных с поверхностью Плутона.
Рассмотрев кометную гипотезу пополнения азотных запасов, исследователи приходят к выводу, что кометы могли дать поверхности Плутона лишь незначительную часть от нужного количества азота. При этом кроме азота кометы принесли бы и массу других веществ, которые также наличествовали бы в атмосфере. Однако на данный момент они в ней не наблюдаются. Затем авторы рассмотрели вероятность выноса азота из подповерхностных слоев после столкновения с Плутоном крупных тел. По их оценкам, в лучшем случае такие события могли дать одну десятую от требуемого количества азота.
Проанализировав все возможные варианты, авторы пришли к выводу, что либо существующие и хорошо разработанные модели потери атмосферы в условиях слабой гравитации ошибаются на порядок, либо существует еще какой-то путь пополнения азотной атмосферы карликовой планеты. По их мнению, таким путем может быть криовулканизм или еще какие-то виды геологической активности Плутона. В ходе таких событий значительные массы разогретого льда под действием внутреннего тепла ядра планеты плавились и возгонялись, а получаемые при этом газы вырывались на поверхность, поставляя требуемый азот с большой глубины. Как отмечают исследователи, наблюдения поверхности Плутона, которые аппарат New Horizon сможет сделать в этом году, должны будут вскоре подтвердить или опровергнуть их гипотезу.
Ранее высказывались предположения, что если у скалистого ядра Плутона достаточно тепла для геологической активности, то под его ледовой поверхностью может существовать жидкий океан, подобный тому, что недавно был открыт на Энцеладе.