Полосы на Плутоне оказались дюнами из метанового льда

Ученые провели детальное исследование периодических горизонтальных полос, обнаруженных в 2015 году на поверхности ледяных равнин Плутона, и пришли к выводу, что, вероятнее всего, эти полосы — дюны, образованные метановым льдом. Исследователи предложили механизм, объясняющий формирование этих дюн под действием атмосферных потоков, дующих с гор в равнину. В условиях тонкой атмосферы Плутона с небольшой скоростью ветра размер ледяных частиц в этих дюнах должен составлять около 200 микрометров, пишут ученые в Science.

В июле 2015 года космический аппарат New Horizons пролетел в непосредственной близости от Плутона, и астрономам впервые удалось получить очень подробные снимки поверхности карликовой планеты. В результате было обнаружено довольно много необычных объектов: ледники, криовулканы и даже признаки подповерхностного океана. Одной из необъясненных особенностей рельефа оказались регулярно расположенные (с периодом от 400 метров до 1 километра) горизонтальные полосы на плоских участках поверхности планеты. Большинство ученых посчитали эти полосы дюнами, однако механизм их появления так и оставался не объяснен: для образования таких крупных дюн необходимо наличие достаточно сильного ветра, который не может образоваться в очень тонкой атмосфере Плутона.

Группа географов, физиков и астрономов из Великобритании, Германии и США под руководством Мэтта Телфера (Matt W. Telfer) предположила, что эти горизонтальные полосы на ледяных равнинах, — действительно дюны, а образованы они в результате переноса микрометровых частиц метанового льда атмосферными потоками небольшой скорости (менее 10 метров в секунду) с расположенных вблизи равнины гор. К такому выводу ученые пришли, внимательно изучив полосы в западной части равнины Спутник — их расположение, форму и направление. Авторы работы отмечают, что по геометрии полос, их периодичность и наличие точек бифуркаций эти образования действительно очень напоминают дюны на поверхности других планет, в частности Земли и Марса. При этом все обнаруженные на поверхности полосы находятся на расстоянии не более 75 километров от горного массива и всегда повернуты перпендикулярно основному направлению ветра, который из-за перепада температур дует с гор в сторону равнины.

Ученые утверждают, что сыпучая среда, из которой состоят эти дюны — это небольшие частицы снега и льда, образованного из атмосферных газов. Изначально исследователи предположили, что дюны образованы азотным или метановым льдом. Однако анализ спектроскопических данных показал, что дюны располагаются в той области равнины Спутник, где лед преимущественно состоит из метана, поэтому именно метан в итоге авторы назвали основным компонентом дюн.

В качестве механизма образования дюн ученые предположили трехстадийный процесс: сначала в результате сублимации азота и метана частицы льда попадают в атмосферу, после чего вместе с ветром, дующим за с гор, частицы оказываются на равнине у подножия горы. Дальнейшее образование периодических дюн происходит по тому же механизму, что и на Земле, — в результате выброса новой порции частиц при столкновении с поверхностью предыдущей. По словам ученых, для реализации подобного механизма должно быть достаточно скорости ветра в несколько метров секунду.

Для подтверждения работоспособности своей гипотезы в условиях атмосферы Плутона ученые провели численное моделирование такой системы и показали, что предложенный ими механизм действительно может привести к образованию дюн, при этом размер частиц должен составлять от 200 до 300 микрометров. Авторы работы отмечают, что исходя из данных о конвекционных потоках в подповерхностных слоях планеты, возраст дюн точно не превышает 500 тысяч лет, а скорее всего он намного меньше — порядка десятков или сотен земных лет.

Ученые отмечают, что предложенный ими механизм не противоречит известным данным о Плутоне, объясняет наличие дюн у подножия гор и свидетельствует о наличии на карликовой планете активной атмосферы, формирующей ландшафт.

Для объяснения неочевидных особенностей рельефа на Плутоне ученые часто используют модели физических процессов, которые наблюдали на разных масштабах на Земле. Например, ячеистую структуру физики связали с возникновением под поверхностью карликовой планеты конвективных потоков по механизму Релея — Бенара.

Александр Дубов