Планетологи выяснили, как образовались Плутон и Харон

Миллиарды лет назад на ледяных окраинах солнечной системы столкнулись два небесных тела. Вместо катастрофического разрушения они ненадолго объединились, закрутившись вместе, как космический снеговик. Этот сценарий привел к образованию Плутона и его спутника Харона, какими мы их знаем сегодня.

Недавнее исследование, проведенное в Университете Аризоны, поставило под сомнение устоявшиеся предположения, пролив свет на то, как эти два ледяных мира стали двойной системой.

Адин Дентон, научный сотрудник НАСА в лаборатории Луны и планет Университета Альберты, возглавила исследование. Ее команда выявила упущенный из виду фактор в моделях столкновения планет: структурную прочность камня и льда в небольших холодных мирах, таких как Плутон и Харон.

«Плутон и Харон отличаются — они меньше, холоднее и состоят в основном из камня и льда. Когда мы учли фактическую прочность этих материалов, мы обнаружили нечто совершенно неожиданное», — говорит Адин Дентон.

Уникальное столкновение Плутона и Харона

Ученые много лет считали, что Харон, крупнейший спутник Плутона, сформировался по тому же принципу, что и Луна. Они считали, что крупное столкновение заставило небесные тела деформироваться и растянуться, и они вели себя как расплавленные или жидкие материалы.

Эта модель работала для Земли и ее Луны из-за высоких температур и больших масс, что позволяло материалам относительно легко течь и менять форму.

Однако Плутон и Харон меньше, холоднее и в основном состоят изо льда и камня, которые гораздо более твердые, чем расплавленный материал.

Механизм поцелуя и захвата

Используя передовые компьютерные симуляции, исследователи обнаружили, что когда Плутон и прото-Харон столкнулись, они не вели себя как расплавленные жидкости. Вместо этого они временно слиплись, образовав структуру в форме снеговика.

Со временем они разделились, но остались гравитационно связанными, создав двойную систему, которую мы наблюдаем сегодня. Этот уникальный процесс, который ученые называют механизмом «поцелуя и захвата» существенно отличается от традиционных моделей формирования спутников.

«Большинство сценариев столкновения планет классифицируются как «удар и бегство» или «задевание и слияние». То, что мы обнаружили, — это нечто совершенно иное — сценарий «поцелуй и захват», — сказала Адин Дентон.

В отличие от традиционных моделей, этот механизм вывел Харон на стабильную орбиту вокруг Плутона, что полностью соответствует наблюдениям.

Исследование также показало, что Плутон и Харон остались практически нетронутыми во время столкновения. Такое сохранение первоначального состава бросает вызов более старым моделям, предполагающим обширное смешивание и деформацию.

Кроме того, столкновение породило приливные силы, которые выделили значительное количество тепла в оба тела. Этот нагрев мог позволить Плутону развить подповерхностный океан.

«Самое интересное в этом исследовании то, что параметры модели, которые работают для захвата Харона, в конечном итоге помещают его на правильную орбиту. Вы получаете две правильные вещи по цене одной», — отметил Эрик Асфауг, старший автор исследования.

Значение для планетарной науки

Это открытие прокладывает путь к новым исследованиям формирования и эволюции Плутона и Харона. Команда планетологов планирует изучить, как приливные силы, возникшие при разделении двух тел после столкновения, повлияли на их развитие.

Ученые намерены понять, как это столкновение повлияло на особенности поверхности Плутона, такие как горы и равнины, и способствовало ли оно образованию подземного океана.

Кроме того, исследователи хотят выяснить, могут ли подобные процессы «поцелуя и захвата» объяснить возникновение других двойных систем. По словам исследователей, понимание того, как последствия столкновения сформировали геологию Плутона, может рассказать больше о его поверхности и внутренней структуре.

Работа также может пролить свет на более общие механизмы, управляющие формированием и эволюцией небесных тел в отдаленных регионах Солнечной системы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.