Миллиарды лет назад, в холодных глубинах Солнечной системы, произошло редкое событие: два ледяных мира столкнулись. Однако вместо разрушения в катастрофическом взрыве они ненадолго слились в единую структуру, напоминающую космического снеговика, а затем разделились, образовав двойную систему – Плутон и его крупнейший спутник Харон. К такому выводу пришли планетологи в исследовании, представленном в журнале Nature Geoscience.
Новая модель формирования системы Плутон-Харон
Долгое время учёные предполагали, что Харон образовался подобно Луне: в результате столкновения, после которого тела растеклись, как жидкость, а затем остыли и стабилизировались. Однако эта модель была основана на системах с большими массами и высокой температурой, где такие процессы вполне логичны. Для маленькой и холодной пары Плутон–Харон это предположение оказалось несостоятельным.
«Плутон и Харон отличаются – они меньше, холоднее и состоят преимущественно изо льда и камня. Учитывая прочность этих материалов, мы обнаружили нечто совершенно неожиданное», – рассказывают авторы исследования.
Составной снимок Плутона и его спутника Харона. 14 июля 2015 года. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI
Симуляции, выполненные на высокопроизводительных вычислительных системах Университета Аризоны, показали, что во время столкновения Плутон и протохарон не растянулись, как жидкость, а временно слились в одну вращающуюся структуру, напоминающую снеговика. Затем тела разделились, образовав двойную систему, где оба объекта вращаются вокруг общего центра масс.
«Поцелуй и захват» – новая категория столкновений
Большинство столкновений в космосе классифицируются как «удар и бегство» или «касание и слияние». Однако исследователи предложили новый сценарий: «поцелуй и захват». В этом случае объекты временно «прилипают» друг к другу, но затем разделяются, оставаясь гравитационно связанными.
«Самое интересное в этом открытии то, что модель не только объясняет формирование Харона, но и правильно описывает его текущую орбиту. Это как решить две задачи одной моделью», – отметили авторы исследования.
Последствия столкновения: тепло и геологическая эволюция
Исследование показало, что Плутон и Харон пережили столкновение, сохранив большую часть своей исходной структуры и состава. Это противоречит предыдущим моделям, предполагающим сильную деформацию и смешение материалов. Более того, во время разделения тела выделили значительное количество внутреннего тепла, что могло способствовать формированию подповерхностного океана на Плутоне.
Эта гипотеза решает давнюю проблему: если Плутон сформировался на ранних этапах Солнечной системы, его океан мог бы быстро замёрзнуть из-за недостатка тепла. Однако энергия столкновения и приливное трение могли создать необходимые условия для поддержания жидкой воды.
Плутон в естественных цветах. Снимок получен космическим аппаратом «New Horizons» 14 июля 2015 года с расстояния 35 445 километров. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker
Команда планирует продолжить изучение ряда ключевых вопросов. Среди них: как приливные силы влияли на эволюцию системы, как сценарий «поцелуя и захвата» согласуется с геологическими особенностями Плутона и могут ли подобные механизмы объяснить формирование других двойных систем.
«Нам особенно интересно, как это начальное столкновение повлияло на геологическую эволюцию Плутона. Тепло, выделившееся в результате удара и приливных сил, вероятно, сыграло ключевую роль в формировании поверхности Плутона, которую мы видим сегодня», – заключили авторы исследования.