Луна Плутона имеет загадочный красный северный полюс, и мы наконец-то можем узнать почему

У спутника жизни Плутона, Харона, есть обезоруживающая красная "шапочка". С тех пор как "Новые горизонты" запечатлели северный полюс луны с ржавым оттенком во время пролета в 2015 году, ученые размышляли о планетарных процессах, ответственных за оставление такого смелого знака.

Изначально ученые подозревали, что пятно железного цвета (прозванное Мордорской макулой) - это метан, захваченный с поверхности Плутона, а его красный цвет - результат медленного запекания в ультрафиолетовых лучах Солнца. Это была изящная идея, которая просто напрашивалась на проверку.

Теперь сочетание моделирования и лабораторных экспериментов показало, что эти ранние предположения были не так уж далеки от истины, но с небольшими отклонениями. Исследование добавляет новые удивительные детали к нашему пониманию интимной связи Плутона и Харона, предполагая, что в окраске луны есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд.

Запущенный в 2006 году межпланетный космический зонд НАСА "Новые горизонты" предоставил исследователям беспрецедентный вид на карликовую планетную систему Плутона и Харона на расстоянии более 5 миллиардов километров (3,1 миллиарда миль) от Солнца.

До появления "Новых горизонтов" лучшие снимки Плутона, сделанные "Хабблом", представляли собой лишь нечеткое пятно отраженного света", - говорит Рэнди Гладстон, планетарный ученый из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в США.

"В дополнение ко всем интересным особенностям, обнаруженным на поверхности Плутона, пролет показал необычную особенность Харона: удивительную красную шапку, расположенную на его северном полюсе".

Красный цвет не является необычным для богатых железом миров, таких как наш или Марс. Но там, на замерзших окраинах Солнечной системы, красный цвет гораздо чаще указывает на присутствие разнообразной группы смолоподобных соединений, называемых толинами.

Если это поможет, просто замените слово "толин" на "мусор". Коричнево-красное месиво химических веществ похоже на остатки, оставшиеся в духовке, если в ней с помощью ультрафиолетового света выпекались пирожные из простых газов, таких как углекислый газ или аммиак.

На Плутоне метан, скорее всего, был бы отправной точкой. Чтобы вырасти в толин, эти крошечные углеводороды просто должны поглотить очень специфический цвет ультрафиолетового света, отфильтрованного орбитальными водородными облаками, называемый Лайман-альфа.

Розовое свечение Плутона было предметом изучения на протяжении десятилетий. New Horizons просто показал точное расположение толинов на его поверхности в великолепном высоком разрешении. Однако обнаружение ржавого оттенка на шапке его спутника стало интригующим сюрпризом.

Предполагалось, что метан, выбрасываемый Плутоном, может попасть на его орбитальную луну. Но точное время, необходимое для того, чтобы газ осел и застыл, превратившись в столь отчетливое рассеянное пятно, всегда оставалось нерешенным вопросом.

Отчасти проблема заключается в борьбе между слабой гравитацией Харона и холодным светом далекого Солнца, которое согревало его поверхность. Каким бы слабым он ни был, весеннего рассвета могло быть достаточно, чтобы растопить метановый иней и снова вытеснить его с поверхности.

Чтобы определить, что произойдет на самом деле, исследователи SwRI смоделировали колебательное движение планетной системы, имеющей значительный наклон. Секрет мазка, как они обнаружили, может заключаться во взрывном характере прихода весны.

Относительно внезапное потепление северного полюса будет происходить в течение нескольких лет - всего лишь миг на 248-летней орбите Луны вокруг Солнца. В течение этого короткого периода иней толщиной в десятки микрон испарится на одном полюсе, а на другом начнет замерзать.

К сожалению, моделирование показало, что такое быстрое движение будет слишком быстрым для того, чтобы большая часть замерзшего метана успела поглотить достаточное количество Лайман-альфа, чтобы стать толином.

Но этан - немного более длинный углеводородный родственник метана - был бы совсем другой историей.

"Этан менее летуч, чем метан, и остается замороженным на поверхности Харона еще долго после весеннего восхода солнца", - говорит планетолог Уджвал Раут, ведущий автор второго исследования, в котором моделировались изменения плотности испаряющегося и замерзающего метана.

"Воздействие солнечного ветра может преобразовать этан в стойкие красноватые поверхностные отложения, способствующие образованию красной шапки Харона".

Вместе с результатами лабораторных экспериментов, исследование Раута и его команды продемонстрировало реальный способ превращения метана в этан на полюсах.

Была только одна проблема. Лайман-альфа излучение не превратит этан в красноватый осадок.

Но это не исключает возможность получения углеводорода. Заряженные частицы, летящие от Солнца в течение длительного периода времени, все еще могут генерировать все более длинные цепочки углеводородов, которые придадут Харону его характерную красную шапку.

"Мы думаем, что ионизирующее излучение солнечного ветра разлагает полярный иней, приготовленный по Лайману-альфа, чтобы синтезировать все более сложные, более красные материалы, ответственные за уникальное альбедо этой загадочной луны", - говорит Раут.

Дальнейшие лабораторные исследования и моделирование могут помочь подтвердить гипотезу о том, что румяное пятно Харона гораздо сложнее, чем мы думали".

Это исследование было опубликовано в журналах Science и Geophysical Research Letters.