Изолирующий слой газа под ледяными поверхностями далеких небесных объектов может означать, что во вселенной существует значительно больше океанов, чем считалось ранее.
Компьютерное моделирование предоставляет убедительные доказательства того, что изолирующий слой газового гидрата способен предотвращать замерзание океана под ледяной поверхностью Плутона. Именно так звучит результат исследования, опубликованного в журнале Nature Geoscience.
Карликовая планета Плутон, снятая космическим зондом New Horizons в 2015 году. © NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / Alex Parker
В июле 2015 года космический зонд NASA New Horizons пролетел через систему Плутона, предоставив первые близкие снимки этой далекой карликовой планеты и ее спутников. Изображения показали неожиданную топографию Плутона, в том числе белый эллиптический бассейн Sputnik Planitia, который находится около экватора и по размерам не уступает Техасу.
Из-за его местоположения и топографии ученые предполагают, что под ледяным щитом на поверхности, который оказывается более тонким в районе Sputnik Planitia, находится внутренний океан. Однако, такие наблюдения вступают в противоречие с возрастом карликовой планеты, ибо океан уже давно должен был бы замерзнуть. При этом внутренняя поверхность ледяного покрова над океаном также должна была полностью выровняться и сгладиться.
Светлое «сердце» на Плутоне располагается рядом с экватором. Левая его половина - это бассейн под названием Sputnik Planitia. © NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute
И ученые задумались над тем, что же может удерживать в подповерхностном океане тепло, в то время как внутренняя поверхность ледяного покрова на Плутоне замерзла и осталась неровной. Команда предположила, что под ледяной поверхностью Sputnik Planitia находится изолирующий слой из газовых гидратов. Газовые гидраты представляют собой кристаллические, подобные льду твердые частицы, образующиеся из газа в молекулярных решетках воды. Они очень вязкие, имеют низкую теплопроводность и поэтому могут обеспечивать изоляционные свойства.
Исследователи провели компьютерное моделирование, охватывающее период в 4,6 миллиарда лет, начиная с формирования Солнечной системы. Моделирование продемонстрировало тепловую и структурную эволюцию внутренней структуры Плутона и время, необходимое для замерзания океана под поверхностью и образования неравномерной толщины ледяного покрова. При этом они смоделировали два сценария. В одном сценарии между океаном и ледяным щитом существовал изолирующий слой газовых гидратов, а в другом нет.
Моделирование показало, что без изолирующего слоя газовых гидратов океан оказался бы полностью замороженным до самых недр еще сотни миллионов лет назад. Зато при наличии такого слоя он вряд ли замерзнет полностью. Кроме того, выяснилось, что без слоя требуется около миллиона лет, чтобы сформировать равномерно толстую ледяную корку над всем океаном. Но с изолирующим слоем газовых гидратов на этот процесс уходит более миллиарда лет.
Предполагаемая внутренняя структура Плутона. Тонкий слой клатратного (газового) гидрата действует как теплоизолятор между подземным океаном и ледяной оболочкой, предотвращая замерзание океана. © Hokkaido University, Kamata S. et al.
Результаты моделирования подтверждают возможность существования постоянного жидкого океана под ледниковым щитом области Sputnik Planitia на Плутоне.
При этом исследователи считают, что наиболее вероятным газом в гипотетическом изоляционном слое является метан из ядра Плутона. Эта теория, согласно которой метан захватывается и связывается в виде газового гидрата, объясняет и необычный состав атмосферы Плутона, в которой мало метана и много азота.
Исследователи пришли к выводу, что подобные изолирующие слои газовых гидратов могут благоприятствовать долгоживущим океанам под поверхностями и других относительно больших, но слабо нагретых ледяных лун и далеких от своих светил небесных объектов. «Это может означать, что во вселенной существует намного больше океанов, чем считалось ранее, что делает существование внеземной жизни более правдоподобным», - говорит Шуничи Камата из Университета Хоккайдо, руководитель группы исследователей.
2
