Они смешаны с водяным льдом
Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые достоверно обнаружил на спутнике Плутона Хароне углекислотный лед и перекись водорода. Основным источником углекислоты могут быть недра спутника, в то время как перекись возникает за счет активного облучения водяного льда заряженными частицами и излучением. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Харон — крупнейший спутник Плутона (его диаметр составляет 1208 километров), он хорошо подходит для исследования процессов изменения морфологии поверхностей транснептуновых объектов под действием ударных событий и облучения заряженными частицами (радиолиза) и фотонами (фотолиза), а также процессов дифференциации недр. Он, как и вся система Плутона, наблюдался вблизи лишь единожды — в 2015 году его исследовала станция New Horizons с пролетной траектории.
Данные наблюдений станции и наземных и околоземных телескопов показывают, что поверхность Харона в основном состоит из кристаллического водяного льда, а также содержит аммиак. Кроме того, поверхностный слой темнее, чем нижележащие слои, что может означать наличие толиноподобных соединений и углеводородов. Однако наблюдения за Хароном до недавнего времени были ограничены длинами волн до 2,5 микрометра, что не позволяло более подробно исследовать его поверхность, в частности, обнаруживать углекислоту.
Группа планетологов во главе с Сильвией Протопапа (Silvia Protopapa) из Юго-Западного исследовательского института представила результаты наблюдений за северным полушарием Харона при помощи спектрографа NIRSpec «Джеймса Уэбба» в диапазоне длин волн от 1 до 5,2 микрометра. Исследователи также использовали данные наблюдений за Хароном инструмента LEISA станции New Horizons, данные наблюдений зонда Galileo за спутником Юпитера Европой и результаты лабораторных экспериментов по облучению различных льдов и моделированию спектров.
Исследователи впервые обнаружили на Хароне углекислый газ. Предполагается, что он представлен в основном поликристаллическим льдом, модели аморфного углекислотного льда или смеси с метанолом и водяным льдом не подходят. Наиболее предпочтительной и подходящей под имеющиеся данные оказалась модель смеси аморфного водяного льда и кристаллического углекислотного льда (на уровне двух процентов), которая лежит на слое кристаллического водяного льда и толинов.
Ученые также впервые обнаружили перекись водорода на Хароне, которая в лабораторных экспериментах получается при облучении электронами чистого водяного льда и водяного льда с небольшой добавкой углекислотного льда. Если сравнивать с Европой, то перекиси на Хароне меньше, а углекислота на Европе тоже наблюдалась (в смеси с водяным льдом и метанолом).
Спектры Харона демонстрируют также наличие аммиака, который уже обнаруживали ранее. Предполагается, что он представлен в виде добавки на уровне одного процента в смеси аммиачного и водяного льдов. Также ученые определили, что аморфный водяной лед сосредоточен на Хароне в очень тонком поверхностном слое, а четких свидетельств наличия других соединений, так как метан, угарный газ и метанол, найдено не было.
Наличие перекиси водорода можно объяснить активными процессами радиолиза и фотолиза водяного льда. В случае углекислоты ее основной источник может происходить из недр Харона, где лед оказался в составе планетезималей и выходит на поверхность за счет ударных событий. Дополнительно его могут заносить на поверхность Харона другие тела из Пояса Койпера. Облучение углеводородов заряженными частицами и фотонами, радиолиз углеводородов в составе водяного льда или взаимодействие ионов углерода из солнечного ветра с молекулами воды в реголите также могут быть источниками части углекислоты.