Астрономія
Астрономія

Кратер Оккатор запідозрили у поповненні кори Церери кригою

На основі даних з нейтронного спектрометра місії NASA Dawn, планетологам вдалося створити мапу концентрації водню в околицях кратера Оккатор карликової планети Церери. Так з'ясувалося, що кратер викинув кригу на поверхню Церери, а зовнішня кора планети цілком могла зберегти її навіть після ударних процесів. Це пояснює непрямі геологічні спостереження і підтверджує гіпотезу про крижану поверхню Церери, повідомляють вчені у Geophysical Research Letters.

NASA / Jet Propulsion Laboratory

NASA / Jet Propulsion Laboratory

Хіба Церера не крижана?

Про рівень зледеніння різних тіл можна судити по різних наборах даних дистанційного зондування та непрямим ознакам особливостей формування космічних тіл. Щодо Церери, то ми знаємо, що вона має сферичну форму та пройшла через процес гравітаційної диференціації, коли під впливом гравітаційних сил її неоднорідний магматичний розплав розшарувався і важчі хімічні елементи та з'єднання поступово опустилися до центру, а легші піднялися до поверхні. У зв'язку з цим вважається, що внутрішня структура Церери складається з кам'янистої мантії і кори товщиною близько 40 кілометрів, в якій переважають замерзлі залишки океану, що імовірно міг бути на поверхні. З огляду на деформаційні властивості поверхні, кора багата летючими речовинами і містить водяний лід, шаруваті силікати, солі та клатратні гідрати. Солі можуть свідчити і про активний кріовулканізм на планеті, що змушує рідку воду, аміак або метан вилітати на поверхню та затвердівати у кригу. Наявність крижаної мантії і кори на Церері передбачається також і на основі підрахунків щодо її маси — така низька щільність зазвичай означає присутність криги або газів, а конкретно у випадку Церери — принаймні 17-27 відсотків води.

Втім, оскільки це непрямі докази, планетологи також не виключають варіантів, що крижаною оболонкою карликова планета все ж не володіє і складається з гірських порід малої щільності та водомістких силікатів. Також на користь цієї ідеї свідчать і температури поверхні Церери (від мінус 150 до мінус -38,15 градуса Цельсію), з якими лід з поверхні має швидко сублімувати — випаровуватися в космічний простір, оминаючи рідку фазу. Втім, без знімків високої роздільної здатності точно про вік криги і швидкість сублімації говорити було складно, поки 2014 році Церери не дісталася автоматична станція Dawn та не підтвердила наявність криги у зовнішніх геологічних оболонках карликової планети. Однак і тоді астрономи не отримали цілісної геологічної моделі, а зокрема залишилося багато питань до кратера Оккатор — молодого ударного утворення віком до 20 мільйонів років діаметром 90 кілометрів. Дослідженням даних про нього і зайнялися астрономи у своїй роботі.

Внутрішня структура Церери, де 1 — тонкий шар реголіту, близько 40 кілометрів, 2 — це крижана мантія товщиною у сто кілометрів, а 3 — силікатне ядро. NASA, ESA, and A. Feild / Wikimedia Commons

Внутрішня структура Церери, де 1 — тонкий шар реголіту, близько 40 кілометрів, 2 — це крижана мантія товщиною у сто кілометрів, а 3 — силікатне ядро. NASA, ESA, and A. Feild / Wikimedia Commons

Що не так із кратером?

Ще на підльоті до Церери станція розгледіла незвичайні яскраві плями в великому кратері Оккатор (Occator), а поруч і «гори» — Ахуна та купол Косеча, дуже схожі на кріовулкани. Цими білими плямами — факуламивиявилися утвореннями карбонатів натрію, а також аміак і шаруваті силікати магнію, що у сукупності з їхнім положенням у центрі свідчить про нещодавню активність кріовулканів. Однак, нам досі не було зрозуміло, звідки могла взятися речовина для вивержень — як саме виник резервуар рідких розчинів, які згодом виливалися на поверхню і застигали у вигляді факул. Аномально високі концентрації водню свідчать про те, що удар, який утворив Оккатор, міг вирвати з кори багаті водою матеріали та відкласти їх на поверхні. А саме ударні процеси є ключем до розуміння зв'язку між леткими речовинами та реголітом, у якому вони можуть розподілитися. Вчені припускають, що саме удари могли переносити водяний лід з зовнішньої кори на поверхню, поповнюючи реголіт льодом. Удар, який сформував Оккатор мав би розкопати матеріали земної кори на глибині до 10 кілометрів, а збільшення концентрації водню в його околицях може підтвердити що кора планети багата льодом. В такому випадку, можна буде нарешті визначитися з тим, що Церера — це диференційоване тіло, в якому крига відділилася від кам'янистої поверхні, щоб сформувати крижану зовнішню оболонку і підповерхневий океан.

Мапа розподілу водню у кратері Оккатор / NASA / JPL-CalTech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Мапа розподілу водню у кратері Оккатор / NASA / JPL-CalTech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Як вчені підтвердили свою гіпотезу?

На заключному етапі місії Dawn космічний корабель вийшов на високо ексцентричну орбіту з низьким перицентром у 30-50 кілометрів, що дало змогу детектору гамма-випромінювання та нейтронів GRaND отримати дані з високою роздільною здатністю у великому діапазоні широт як в східній, так і в західній півкулях. Так з'явилася можливість заміряти кількість водню усередині кратера і навколо, а заразом і обмежити можливі геологічні процеси. Концентрація водню визначалася за витоком нейтронів низької енергії, які виникали за взаємодії галактичних космічних променів з реголітом Церери. Побудована дослідниками мапа розподілу водню в області Оккатора показує, що області на схід і південь від кратера є багатшими воднем. Така асиметрія вказує на косий удар з північного заходу, який і міг утворити Оккатор.

Відносно високі концентрації водню усередині кратера і є необхідним свідченням, щоб говорити про наявність криги на поверхні. Імовірно вона з'явилася після удару в результаті змішування води в земній корі з гірськими породами та з утворенням багатої водою суспензії, яка заповнила частини дна кратера. Глибину льоду, отриману за допомогою GRaND, можна пояснити і спостережннями спектрометра VIR. Наприклад, якщо лід, відклався близько 500 мільйонів років тому, він відступив би на глибину 90 сантиметрів та утворив би зерна розміром десять мікрометрів. Спостережуване збагачення воднем Оккатора також показує, що крига не лише витримує сильні удари, а й збільшує концентрацію льоду на поверхні загалом, що також узгодиться з непрямими висновками з геологічних спостережень. На думку дослідників, будь-які альтернативні інтерпретації геофізичних даних Dawn тепер просто не зможуть узгодитися із цими даними GRaND.

Дані детектора гамма-випромінювання та нейтронів GRaND про водень у кратері порівняно з даними спектрометра VIR (білі стрілки вказують на області без даних). Теплофізичне моделювання показує, що лід може вижити на глибинах, що визначаються GRaND, та в умовах спостережуваних властивостей реголіту (пористості і розміру зерен). T. H. Prettyman et al. / Geophysical Research Letters, 2021

Дані детектора гамма-випромінювання та нейтронів GRaND про водень у кратері порівняно з даними спектрометра VIR (білі стрілки вказують на області без даних). Теплофізичне моделювання показує, що лід може вижити на глибинах, що визначаються GRaND, та в умовах спостережуваних властивостей реголіту (пористості і розміру зерен). T. H. Prettyman et al. / Geophysical Research Letters, 2021