Planeta karłowata Ceres była oceanicznym światem

Astronomowie odkryli, że Ceres, znajdująca się w pasie planetoid, była pokrytym wodą i błotem światem, który powoli uformował się w gigantyczną, mętną lodową kulę.

Od czasu pierwszej obserwacji dokonanej w 1801 roku przez Giuseppe Piazziego, astronomowie zastanawiają się nad strukturą planety karłowatej Ceres. Jej mocno zniszczona powierzchnia pokryta jest kraterami uderzeniowymi. Naukowcy od dawna twierdzą, że widoczne wgłębienia na powierzchni oznaczają, że Ceres nie może być bardzo oblodzona.

Naukowcy z Purdue University i Jet Propulsion Lab (JPL) NASA, pod kierownictwem Iana Pamerleau i Mike’a Sori, odkryli, wykorzystując symulacje komputerowe tego, jak kratery na Ceres odkształcają się przez miliardy lat, że Ceres jest lodowym obiektem, który prawdopodobnie był kiedyś błotnistym oceanem. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

„Uważamy, że w pobliżu powierzchni Ceres znajduje się dużo lodu wodnego, który stopniowo staje się mniej gęsty w miarę schodzenia coraz głębiej. Ludzie myśleli, że jeśli Ceres jest bardzo oblodzona, przez co kratery będą się szybko deformować w czasie, jak lodowce płynące na Ziemi lub jak lepki miód. Jednak dzięki naszym symulacjom wykazaliśmy, że lód może być znacznie silniejszy w warunkach Ceres niż wcześniej przewidywano, jeśli zostanie zmieszany z niewielką ilością litej skały” – mówi Sori.

Odkrycie, zdaniem badaczy, zaprzecza wcześniejszemu przekonaniu, że Ceres jest stosunkowo sucha. Zakładano, że jej powierzchnia składa się z mniej niż 30 proc. lodu, ale nowe badanie sugeruje, że jest złożona z około 90 proc.  

„Nasza interpretacja tego wszystkiego jest taka, że Ceres była kiedyś, oceanicznym światem, takim jak Europa (jeden z księżyców Jowisza), ale z tą, różnicą, że była również pełna brudnego. Kiedy ten błotnisty ocean z czasem zamarzł, utworzył lodową skorupę z niewielką ilością uwięzionego w niej materiału skalnego” – tłumaczy Sori.

Astronomowie wykorzystali symulacje komputerowe do modelowania procesu relaksacji kraterów na Ceres przez miliardy lat.

„Nawet ciała stałe poruszają się, chociaż zajmuje to czas, a lód płynie łatwiej niż skały. Kratery mają głębokie misy, które wytwarzają wysokie naprężenia, które następnie rozluźniają się do niższego stanu naprężenia, powodując płytszą misę poprzez przepływ ciała stałego. Tak więc wniosek po misji NASA Dawn był taki, że z powodu braku zrelaksowanych, płytkich kraterów, skorupa nie mogła być tak oblodzona. Nasze symulacje komputerowe obejmują nowy sposób, w jaki lód może płynąć z niewielką domieszką zanieczyszczeń innych niż lód, co pozwoliłoby bardzo bogatej w lód skorupie ledwo płynąć nawet przez miliardy lat. Moglibyśmy zatem uzyskać bogatą w lód Ceres, która nadal pasowałaby do obserwowanego braku rozluźnienia krateru. Przetestowaliśmy różne struktury skorupy w tych symulacjach i odkryliśmy, że gradacyjna skorupa o wysokiej zawartości lodu w pobliżu powierzchni, która wraz z głębokością schodzi do niższego lodu, była najlepszym sposobem na ograniczenie rozluźnienia kraterów” – zaznacza Pamerleau.

„Ceres jest największym obiektem w pasie planetoid i planetą karłowatą. Czasami ludzie myślą o małych, grudkowatych rzeczach jako asteroidach (i większość z nich nimi jest!), ale Ceres naprawdę wygląda bardziej jak planeta. Jest to duża kula o średnicy około 950 kilometrów z kraterami, wulkanami i osuwiskami na swojej powierzchni” – podkreśla Sori.

27 września 2007 roku NASA rozpoczęła misję Dawn. Był to pierwszy i jedyny statek kosmiczny, który okrążył dwa pozaziemskie cele – protoplanetę Westę i Ceres. Chociaż sonda Dawn została wystrzelona w 2007 roku, dotarła do Ceres dopiero w 2015 roku. Krążyła wokół planety karłowatej do 2018 roku.

„Wykorzystaliśmy wiele obserwacji wykonanych za pomocą danych Dawn jako motywację do znalezienia bogatej w lód skorupy, która oparła się relaksacji kraterów na Ceres. Różne cechy powierzchni (np. doły, kopuły i osuwiska itp.) sugerują, że podpowierzchnia zawiera dużo lodu. Dane spektrograficzne pokazują również, że pod regolitem na planecie karłowatej powinien znajdować się lód, a dane grawitacyjne dają wartość gęstości bardzo zbliżoną do gęstości lodu, zwłaszcza lodu nieczystego. Wzięliśmy również profil topograficzny rzeczywistego złożonego krateru na Ceres i wykorzystaliśmy go do skonstruowania geometrii dla niektórych naszych symulacji” – mówi Pamerleau.

Astronomowie twierdzą, że ponieważ Ceres jest znacznej wielkości istniało podejrzenie, że mógł to być dowolny lodowy obiekt na podstawie niektórych szacunków jego masy dokonanych z Ziemi. Czynniki te sprawiły, że był to idealny wybór na wizytę statku kosmicznego.

„Dla mnie ekscytującą częścią tego wszystkiego, jeśli mamy rację, jest to, że mamy zamarznięty świat oceaniczny dość blisko Ziemi. Ceres może być cennym punktem porównawczym dla lodowych księżyców zewnętrznego Układu Słonecznego, takich jak księżyc Jowisza Europa i księżyc Saturna Enceladus. Uważamy, że Ceres jest najbardziej dostępnym lodowym światem we Wszechświecie. To czyni go doskonałym celem dla przyszłych misji statków kosmicznych. Niektóre z jasnych cech, które widzimy na jej powierzchni, są pozostałościami błotnistego oceanu, obecnie w większości lub całkowicie zamarzniętego. Mamy więc miejsce do zbierania próbek z starożytnego świata oceanów, który nie jest zbyt trudny do wysłania statku kosmicznego” – podsumowuje Sori.

Emil Gołoś