Ученые объяснили возникновение ячеистой структуры льда на Плутоне

Лед, находящийся в области равнины Спутник на Плутоне, имеет ячеистую структуру. В своей работе, опубликованной в журнале Nature, ученые из Университета Пердью предположили, что эта особенность могла возникнуть в результате конвекции.

Данные, полученные аппаратом New Horizons, показали, что азотный лед равнины Спутник «поделен» на многоугольники шириной от 20 до 30 километров, причем их середина возвышается над краями на десятки метров. Ранее ученые заметили, что по краям ячеек дрейфуют группы холмов из водяного льда, — по их мнению, эти ледяные горы сбиваются в группы под действием конвекции. Сейчас исследователи предположили, что ячеистая структура азотного льда могла возникнуть также в результате этого процесса.

Ученые рассмотрели два возможных механизма образования многоугольников — термическое сжатие и конвекцию Рэлея — Бенара. Первый вариант они отвергли, так как исследования арктических мерзлотных полигонов показали, что если бы ячейки образовывались в результате термического сжатия, то соотношение их размера и максимальной глубины, на которую тепловая волна проникает в поверхность планетоида в течение года, должно быть примерно 1:5. Согласно оценкам исследователей, глубина проникновения составляет около 100 метров, а значит, ячейки должны были бы быть около 500 метров в ширину. Это не согласуется с данными, полученными New Horizons.

Тогда астрофизики рассмотрели конвекционный механизм образования многоугольников. Они рассчитали глубину трещин между ячейками на основе данных о холмах из водяного льда — она составила около пяти километров, а расчеты на основе соотношения глубины ячеек льда к их ширине с учетом его вязкости дали цифру в 10 километров. Исследователи заявляют о том, что результаты обоих вычислений свидетельствуют о гораздо более глубоком слое азотного льда, чем 500 метров, необходимые в данном случае для конвекции Рэлея — Бенара.

Команда также вычислила число Рэлея для слоя азотного льда, которое предсказывает, будет ли возникать конвекция. Исследователи обнаружили, что оно примерно в 10 тысяч раз больше критического значения — по их мнению, это говорит о том, что конвекция могла появиться даже в условиях очень низких температур Плутона.

«Мы с нетерпением ждем полного анализа поверхности планетоида, так как это повлияет на нашу модель. Тем не менее, чтобы подтвердить нашу модель окончательно, будет необходима еще одна миссия, чтобы исследовать поверхность более подробно», — комментирует один из авторов работы.

Кристина Уласович