Моделирование указало на древний замерзший океан на карликовой планете Церере

Планетологи пришли к выводу, что кора карликовой планеты Цереры может быть одновременно богата льдом и сохранять обилие и морфологию кратеров в течение долгого времени, если содержание льда уменьшается с глубиной, а доля примесей растет. На это указывают результаты численных моделирований, подходящие под данные наблюдений. Такая структура коры вписывается в идею, что ранее на Церере был океан. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Карликовая планета Церера, расположенная в Главном поясе астероидов, представляет большой интерес для планетологов с точки зрения формирования и эволюции подобных объектов, так как это единственная карликовая планета, которую исследовал вблизи космический аппарат. Благодаря станции Dawn на ее поверхности были обнаружены гидратированные минералы, что, в сочетании с данными по гравитационному полю, предполагает существование подповерхностного замерзшего океана.

Однако состав коры Цереры остается предметом споров. Содержание льда в коре оценивается менее чем в сорок процентов, остальная часть коры может приходиться на силикаты, соли, органические вещества и клатраты, при этом может не быть заметной дифференциации недр. В этом случае умеренное содержание льда позволяет существовать наблюдаемой сильно кратерированной поверхности планеты. С другой стороны, поверхностный слой, богатый гидратированными минералами, может защищать от солнечного нагрева богатые льдом слои, на что указывает морфология кратеров и данные по масконоподобным структурам. Неясно также, могут ли существовать на Церере клатраты, необходимые для модели Цереры, бедной льдом.

Группа планетологов во главе с Яном Памерло (Ian F. Pamerleau) из Университета Пердью показала, что модель Цереры с богатой льдом корой жизнеспособна и может соответствовать одновременно численным моделированиям и данным станции Dawn. Ученые провели численное моделирование методом конечных элементов процесса вязкоупругой релаксации кратеров на Церере со временем при помощи программы COMSOL Multiphysics для трех случаев состава коры. Первый вариант коры был однородной смесью из льда и примесей, с толщиной 40 километров, второй вариант был двухслойным, где верхний, 20-километровый слой был более богат льдом, чем нижний. Наконец, третий вариант коры, толщиной 65 километров, предполагал постепенное увеличение содержания примесей и уменьшение содержания льда с глубиной и хорошо подходит под данные гравитационных измерений Dawn до глубины в 41 километр. Среднегодовая температура в моделях составляет около 156 кельвинов на экваторе и около 90 кельвинов на полюсах Цереры.

Исследователи определили, что все модели позволяют процессу оседания и деградации кратеров протекать менее эффективно, чем считалось возможным ранее, если есть несколько процентов или более примесей, которые эффективно предотвращают скольжение по границам зерен, что может быть основным механизмом деформации льда на Церере.

Модель коры, которая лучше всего соответствует данным Dawn и обеспечивает минимальную релаксацию крупных кратеров за период времени до миллиарда лет, предполагает постепенное уменьшение содержания льда с глубиной: от 90 процентов льда вблизи поверхности Цереры до его отсутствия на глубине в 117 километров. Такая модель согласуется с морфологией кратеров и их обилием, высоким содержанием водорода в неглубоких подповерхностных слоях, увеличением объемной плотности с глубиной и при этом допускает отсутствие клатратов. Кроме того, такая модель содержит достаточно водяного льда на глубине, чтобы обеспечить возникновение жидкого рассола, изливавшегося в кратере Оккатор. Подобная структура коры могла формироваться, если ранее на Церере был водный океан, который становился более богатым примесями, пока замерзал сверху вниз. Таким образом, эта работа вновь подтверждает идею о древнем океане на карликовой планете.

О том, как станция Dawn изменила наши представления о Церере, можно узнать из материала «Мертвое море в поясе астероидов».