Asteroida Ceres to dawny świat oceaniczny, który powoli uformował się w gigantyczną, mroczną lodową kulę

Naukowcy z Uniwersytetu Purdue i Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) NASA uważają, że Ceres to bardzo lodowy obiekt, który prawdopodobnie był kiedyś błotnistym światem oceanicznym. Odkryciem, że Ceres ma brudną skorupę lodową, zajmują się doktoranci Ian Pamerleau i Mike Sori, adiunkt w Wydziale Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach Purdue, którzy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza. Duet wraz z Jennifer Scully, badaczką z JPL, wykorzystał symulacje komputerowe deformacji kraterów na Ceres na przestrzeni miliardów lat.

„Uważamy, że w pobliżu powierzchni Ceres znajduje się dużo lodu wodnego, który stopniowo zmniejsza się w miarę wchodzenia coraz głębiej” – powiedziała Sori. „Ludzie zwykli myśleć, że gdyby Ceres była bardzo oblodzona, kratery z czasem uległyby szybkiemu odkształceniu, niczym lodowce płynące po Ziemi lub lepki płynący miód. Jednak w naszych symulacjach pokazaliśmy, że lód może być znacznie silniejszy w warunkach panujących na Ziemi. Ceres niż wcześniej przewidywano, jeśli dodasz tylko odrobinę litej skały.”

Odkrycie zespołu stoi w sprzeczności z wcześniejszym przekonaniem, że Ceres była stosunkowo sucha. Powszechnie zakładano, że Ceres składa się z mniej niż 30% lodu, ale zespół Sori uważa obecnie, że powierzchnia składa się z mniej niż 90% lodu.

„Nasza interpretacja tego wszystkiego jest taka, że ​​Ceres była kiedyś «światem oceanicznym», podobnym do Europy (jednego z księżyców Jowisza), ale z brudnym, błotnistym oceanem” – powiedziała Sori. „Gdy ten błotnisty ocean z czasem zamarzł, utworzyła lodową skorupę z uwięzionymi w niej odrobiną skalistego materiału”.

Pamerleau wyjaśnił, w jaki sposób wykorzystali symulacje komputerowe do modelowania relaksacji kraterów na Ceres na przestrzeni miliardów lat.

„Nawet ciała stałe będą przepływać przez długie okresy czasu, a lód płynie łatwiej niż skały. Kratery mają głębokie misy, które wytwarzają duże naprężenia, które następnie rozluźniają się do niższego stanu naprężenia, w wyniku czego w wyniku przepływu w stanie stałym powstają płytsze misy” – powiedział. „Więc wniosek NASA po misji Dawn był taki, że ze względu na brak rozluźnionych, płytkich kraterów skorupa nie może być aż tak lodowata. Nasze symulacje komputerowe wyjaśniają nowy sposób, w jaki lód może przepływać tylko z niewielką ilością zanieczyszczeń niebędących lodem zmieszane, co umożliwiłoby ledwo płynięcie bardzo bogatej w lód skorupy nawet przez miliardy lat. W związku z tym moglibyśmy otrzymać bogatą w lód Ceres, która nadal odpowiada obserwowanemu brakowi relaksacji kraterów. W tych symulacjach testowaliśmy różne struktury skorupy ziemskiej i znalazłem że stopniowana skorupa z dużą zawartością lodu w pobliżu powierzchni, który wraz z głębokością opada w dół, jest najlepszym sposobem na ograniczenie relaksacji kraterów na Cereanie.”

Sori jest planetologiem specjalizującym się w geofizyce planet. Jego zespół zajmuje się pytaniami dotyczącymi wnętrz planet oraz powiązań między wnętrzami planet a ich powierzchniami, a odpowiedzi na te pytania można szukać w misjach statków kosmicznych. Jego prace obejmują wiele ciał stałych w Układzie Słonecznym, od Księżyca i Marsa po lodowe obiekty w zewnętrznym Układzie Słonecznym.

„Ceres to największy obiekt w pasie asteroid i planeta karłowata. Myślę, że czasami ludzie myślą o małych, grudkowatych obiektach jak o asteroidach (a większość z nich tak jest!), ale Ceres w rzeczywistości bardziej przypomina planetę” – powiedziała Sori. „To duża kula, o średnicy około 950 kilometrów, z elementami powierzchniowymi, takimi jak kratery, wulkany i osuwiska”.

27 września 2007 roku NASA wystrzeliła misję Dawn. Misja ta była pierwszym i jedynym statkiem kosmicznym, który okrążył dwa pozaziemskie miejsca docelowe – protoplanety Westa i Ceres. Chociaż sonda Dawn została wystrzelona w 2007 r., dotarła do Ceres dopiero w 2015 r. Okrążała planetę karłowatą do 2018 r.

„Wykorzystaliśmy liczne obserwacje wykonane na podstawie danych Dawn jako motywację do znalezienia bogatej w lód skorupy, która opierała się relaksacji kraterów na Ceres. Różne cechy powierzchni (np. doły, kopuły i osuwiska itp.) sugerują, że bliska powierzchnia Ceres zawiera dużo lód” – powiedział Pamerleau. „Dane spektrograficzne pokazują również, że pod regolitem na planecie karłowatej powinien znajdować się lód, a dane grawitacyjne wskazują na gęstość bardzo bliską gęstości lodu, a konkretnie lodu zanieczyszczonego. Przyjęliśmy także profil topograficzny rzeczywistego złożonego krateru na Ceres i wykorzystaliśmy go skonstruować geometrię dla niektórych naszych symulacji.”

Sori twierdzi, że ponieważ Ceres jest największą asteroidą, na podstawie niektórych szacunków masy wykonanych na podstawie Ziemi podejrzewano, że mógł to być dowolny obiekt lodowy. te czynniki sprawiły, że był to doskonały wybór na wizytę na statku kosmicznym.

„Dla mnie ekscytującą częścią tego wszystkiego, jeśli mamy rację, jest to, że mamy zamarznięty oceaniczny świat całkiem blisko Ziemi. Ceres może być cennym punktem porównawczym dla lodowych księżyców zewnętrznego Układu Słonecznego, w których znajdują się oceany, jak księżyc Jowisza Europa i księżyc Saturna Enceladus” – powiedział Sori. „Uważamy, że Ceres jest zatem najbardziej dostępnym lodowym światem we wszechświecie. To sprawia, że ​​jest doskonałym celem przyszłych misji statków kosmicznych. Niektóre z jasnych obiektów, które widzimy na powierzchni Ceres, to pozostałości błotnistego oceanu Ceres, obecnie w większości lub całkowicie zamrożone, wydostały się na powierzchnię. Mamy więc miejsce do pobrania próbek z oceanu starożytnego oceanicznego świata, do którego nie jest zbyt trudno wysłać statek kosmiczny.

Badania te były wspierane przez grant NASA (80NSSC22K1062) w ramach programu Discovery Data Analysis Program.