Ледяное «сердце» Плутона объяснили косым столкновением с крупным телом

Планетологи создали модель, хорошо описывающую форму и свойства гигантского ледника Равнина Спутника на Плутоне. Предполагается, что он возник в результате падения под косым углом на Плутон тела диаметром 730 километров из каменного ядра и ледяной мантии, при этом ядро образовало маскон. Наличие подповерхностного океана на Плутоне при этом не требуется, хотя совсем не исключается. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Когда в 2015 году автоматическая станция New Horizons пролетела вблизи Плутона, то одной из самых крупных и эффектных находок на его поверхности стал огромный ледник Равнина Спутника, размерами примерно 1200 на 2000 километров. По форме он напоминает сердце и заполнен в основном азотным льдом. Горы по краям ледника, его форма и тот факт, что центральная часть находится ниже окружающей местности, говорят в пользу идеи о том, что ледник мог образоваться в результате крупного ударного события в далеком прошлом Плутона, однако моделирования плохо воспроизводили удлиненную форму ледника.

Группа планетологов во главе с Гарри Баллантайном (Harry A. Ballantyne) из Бернского университета сообщила, что создала модель ударного катаклизма на Плутоне, подходящую под данные наблюдений New Horizons. Ученые работали с трехмерным кодом SPHLATCH, использующим метод гидродинамики сглаженных частиц. Плутон моделировался как дифференцированное тело с каменным ядром (две трети общей массы) и твердой ледяной мантией, учитывались также модели с подповерхностным океаном толщиной 50, 100 или 150 километров. Тела-ударники обладали диаметром от 400 до 1100 километров и состояли из горных пород, льда или смешанного состава (5–66 процентов массы в виде породы, а остальное — ледяная оболочка) и налетали на Плутон под углом от нуля до 45 градусов со скоростью в 1-1,4 раза больше взаимной скорости убегания двух тел. Моделирование охватывало шесть часов после столкновения.

Наиболее интересными моделями оказались те, которые содержали тело-ударник диаметром около семисот километров (по массе сопоставимо с астероидом Веста), обладающее каменным ядром с массой 5–30 процентов от массы всего тела и ледяной оболочкой, налетающее на Плутон под косым углом (15-30 градусов). Среди них наилучшее соответствие наблюдениям дает модель с диаметром тела-ударника 730 километров, углом падения 15 градусов и массовой долей ядра 15 процентов.

Процесс столкновения в модели выглядит следующим образом: вначале тело-ударник пробивает ледяную мантию Плутона с образованием эллиптического переходного кратера, при этом ядро ударника остается почти неповрежденным, двигается дальше и в итоге останавливается, образуя маскон вблизи границы ядро-мантия. Кратер при этом заполняется льдом. Таким образом, более круглая форма Равнины Спутника на севере соответствует точке столкновения, а заостренная форма на юге соответствует заметному движению ядра ударника вглубь мантии.

Такая модель позволяет объяснить морфологию ледника и положительную гравитационную аномалию, связанную с Равниной Спутника, без необходимости существования подповерхностного океана на Плутоне. Самая южная, узкая часть ледника, расположенная прямо над масконом в модели, окажется ближе всего к экватору карликовой планеты, что соответствует наблюдениям. Модели с толстыми подповерхностными океанами описывают данные наблюдений хуже, чем модель с двумя полностью твердыми телами, применимой может быть лишь модель с океаном, глубиной менее 50 километров, который может содержать аммиак.

Ранее мы рассказывали о том, как объяснили полигональность «сердца» на Плутоне.