Skystas azotas Plutone: Sputnik Planitia bazaliniai srautai

Lėtas, šaltas išsiskyrimas pasaulyje, esančiame Saulės sistemos pakraštyje. Tamsios venos ant kitaip šviesios lygumos. Tai vaizdas, kurį paliko New Horizons praskridęs pro Plutoną, ir nauja analizė rodo, kad šios venos gali fiksuoti kažką nepaprasto: iš po nykštukinės planetos garsiojo širdies formos ledyno kylantį skystą azotą, kuris trumpai juda po paviršių.

Mastelio prasme, Plutonas yra maždaug 3/4 JAV kontinentinio žemyno pločio. 

Ledynų žymės, kurios gali pasirodyti pažįstamos

Mokslininkai iš Southwest Research Institute, vadovaujami dr. Alano Sterno, analizavo New Horizons vaizdus ir aptiko siaurus, tamsius raštus, kryžiuojančius Sputnik Planitia šiaurines dalis, vakariniame Plutono širdies regiono lobe. Šios žymės nėra atsitiktinės. Jos susidėlioja į linijas ir plotus, kurie primena tai, ką Žemėje matome, kai skystis sudrėkina sniegą ir ledą.

Plutono paviršius ir atmosfera yra pernelyg šalti, kad ten kristų azoto lietus. Tad kas galėtų patamsinti ledą? Sternas ir kolegos teigia, kad skystas azotas, susidaręs ir mobilizuotas po ledynu, gali būti priverstas kilti per siauras kanalėles ir trumpam sudrėkinti paviršių, palikdamas matomas dėmes. Jei ši interpretacija teisinga, tai būtų pirmasis tiesioginis įrodymas apie skysto azoto srautus Plutone neseniai geologinėje praeityje.

Plutono šiaurinis Sputnik Planitia ledynas (vaizduojamas kairėje arba vakarinėje Plutono ryškaus „širdies“ dalyje) parodytas čia spalvotame mozaikos vaizde, sudarytame iš New Horizons nuotraukų. Vaizde parodyta šiaurės kryptis. Vaizdas apima maždaug 700 x 350 kilometrų plotą. Raudonas laukelis pažymėtas norint parodyti didžiąją regiono dalį, kuriame randami tamsūs bruožai, priskiriami ledyno sudrėkinimui skystu azotu, kylanciu iš po ledyno vykstančio „bazalinio tirpimo“ proceso, kaip aprašyta Stern ir kt. (2026) paskelbtame darbe. 

Kaip šaltas ledynas gali trumpam tapti drėgnas

Sputnik Planitia nėra plona šerkšno plėvelė. Tai kelių kilometrų storio lakiųjų ledo sankaupa, kurią daugiausiai sudaro azotas ir kuri tam tikrais aspektais elgiasi kaip Žemės ledynas, bet vyksta sąlygomis, svetimomis mūsų planetai. New Horizons užfiksavo miestų dydžio konvekcines ląsteles per lygumą, o tarp tų ląstelių pastebimos siauros tamsios linijos ir platesni tamsesni plotai. SwRI komanda siūlo, kad šie tamsesni žymėjimai yra trumpalaikių skystų srautų randai.

Kompiuterinius modelius parengė dr. Orkan Umurhan iš SETI instituto ir jie nubrėžia įtikinamą mechanizmą. Giliai po Sputnik Planitia kietas azotas, patiriantis įtempius, gali šiek tiek įšilti ir vietiškai ištirpti ledo pamate. Ištirpusių ertmių plūdrumas arba slėgis tada gali stumti skystį aukštyn siaurais takais, panašiai kaip lavos kilimas per vamzdžius Žemėje arba kaip geizerių kanalai veikia ant ledo mėnulių.

Iš tirpimo iki paviršiaus žymių

• Tirpimas vyksta gyliau, kur ledyno svoris ir vidiniai įtempiai šiek tiek pakelia temperatūrą virš vietinio azoto lydymosi ribos.
• Skystas azotas kaupiasi į plyšius ir ertmes ir tampa plūdrus arba patiria perteklinį slėgį palyginti su viršuje esančiu ledu.
• Jis juda aukštyn per įtrūkimus arba siauras kanalėles, pasiekia paviršių ir trumpam sudrėkina šaltą paviršių, kol vėl užšąla arba sublimuoja.

Kai tas skystis pasiekia paviršių, jis patamsina aplinkinį ledą panašiai kaip tirpantis vanduo patamsina sniegą Žemėje. SwRI komanda palygino New Horizons vaizdus su NASA Landsat 9 nuotraukomis iš Grenlandijos ledyno ir rado stiprią vaizdinę analogiją: siauri, tamsūs dryžiai, kuriuose skystis pakeičia paviršių.

SwRI vadovaujamo tyrimo autoriai palygino New Horizons vaizdus su NASA Landsat 9 nuotraukomis iš Grenlandijos ledo sluoksnio. Tamsūs, siauri paviršiaus bruožai čia nustatyti ten, kur skystas vanduo patamsina ledą ir sniegą, analogiškai tam, kas, kaip manoma, dabar galėjo vykti Plutono Sputnik Planitia šiaurinėje dalyje dėl esamo ar neseniai buvusio skysto azoto. Naujausias Plutono tyrimas identifikuoja panašias struktūras Sputnik Planitia šiauriniame krašte, kas rodo neseną skysto azoto buvimą ten.

Kodėl tai svarbu planetų mokslui

Pirma, ši scenarija keičia mūsų supratimą apie tai, kiek aktyvus Plutonas vis dar gali būti. Ankstesni tyrimai rodė senovinę skystų procesų veiklą nykštukinėje planetoje. Šis naujas darbas perkelia tą laiko juostą arčiau dabarties, reikšdamas, kad tirpimas ir trumpalaikiai srautai galėjo vykti dabar arba pakankamai neseniai, kad paliktų labai jaunus paviršiaus žymenis.

Antra, tai iššaukia laboratorinius ir teorinius tyrimus apie azoto ledą. Azoto fiziniai elgesio bruožai esant įtempiams esant keliems dešimtims kelvinų nėra gerai apriboti eksperimentais. Umurhan perspėja, kad tyrėjams reikia specialiai nukreiptų laboratorinių tyrimų apie kietojo azoto mechaniką ekstremaliai žemose temperatūrose, kad suprastų, kaip ir kada įvyktų bazalinis tirpimas. Šie rezultatai grįžtų į ledynų dinamikos modelius ne tik Plutonui, bet ir kitiems leduotiesiems pasauliams.

Trečia, mechanizmas gali būti aktualus ne tik Plutonui. Pavyzdžiui, geizeriai, nufotografuoti ant Tritono Voyager 2 misijos, galėjo būti varomi panašių tirpimo ir slėgio procesų lakiuosiuose leduose. Jei siauri kanalai ir slėgiu varomas kriogeninių skysčių kilimas yra dažnas reiškinys ant leduotų kūnų, mūsų vaizdas apie paviršiaus atsinaujinimą ir lakiųjų medžiagų ciklus tolimame Saulės sistemos regione reikalauja atnaujinimo.

Ekspertų įžvalga

"Radimas įrodymo, kad bet koks skystis neseniai liečė Plutono paviršių, keičia mūsų supratimą apie nykštukinės planetos šiandieninę geologiją", sako dr. Maya Rivera, planetų geofizikė, nedalyvavusi tyrime. "Tai kelia klausimų apie energijos šaltinius, požeminių skysčių ilgaamžiškumą ir apie tai, kokį mechaninį elgesį ledai gali rodyti esant itin žemoms temperatūroms. Tai yra testuojami klausimai, dalinai laboratoriniais tyrimais ir dalinai būsimomis misijomis, galinčiomis žemėlapiuoti Plutoną didesne raiška."

Ką dar neaišku

Ne visi mokslininkai iškart priims šią interpretaciją. Alternatyvūs tamsių dryžių paaiškinimai gali apimti ledo cheminius skirtumus arba vėjo nuneštas medžiagas, susikaupusias konvekcijos ribose. Taip pat tik dalis Plutono yra nufotografuota tokia raiška, kad būtų galima pamatyti šias struktūras; daugiau nei pusė nykštukinės planetos yra užfiksuota tik mažesne raiška. Tai reiškia, kad panašių reiškinių gali būti ir kitur, bet jie lieka nepastebėti.

Skysto azoto hipotezei patvirtinti prireiks įvairių priemonių. Aukštesnės raiškos orbitiniai vaizdai arba, idealu, vietinė misija, galinti tiesiogiai matuoti paviršiaus sudėtį ir temperatūrą, išspręstų neaiškumus. Tuo tarpu laboratoriniai eksperimentai, tiriantys, kaip kietasis azotas deformuojasi, tirpsta ir teka esant įtempiams Plutono temperatūroms, patikslinkų modelių prognozes.

Išvados

Mintis, kad Sputnik Planitia gali praleisti skystą azotą, verčia pakeisti požiūrį. Plutonas nėra vien tik sušalęs reliktas. Tai pasaulis su aktyviais procesais, subtiliais ir šaltais, kurie gali sutrypti ribą tarp kietos ir skystos būsenos. New Horizons paliko mums momentinę nuotrauką. Tiriant, ką matome, kyla nauji klausimai apie šilumą, įtampas ir lakiųjų medžiagų dinamiką tolimuose leduotuose kraštovaizdžiuose ir apie tai, kaip dažnai toks elgesys gali pasitaikyti Kuiperio juostos objektuose bei leduotuose mėnuliuose.