Вулканы на Церере исчезают с течением времени

Исследование, проведенное планетологом Майклом Сори, отмечает, что впервые скорость криовулканической активности была рассчитана на основе наблюдений, и его результаты помогают разгадать тайну о недостающих горах Цереры.

Обнаруженный в 2015 году космическим кораблем NASA Dawn, ледяной вулкан Ahuna Mons высотой в 4 километра, возвышается в одиночестве над поверхностью Цереры. Все еще геологически молодой — горе не более 200 миллионов лет, а это означает, что — хотя он больше не извергается, он был активен в недавнем прошлом.

Молодость и одиночество Ахуна Монса представляли собой загадку. Казалось маловероятным, что Церера была в спячке целую вечность и внезапно активизировалась в одном месте. Но если другие ледяные вулканы в прошлом поднимались с поверхности, то где они сейчас? Почему Ахуна Монс так одинок?

Майкл Сори и его соавторы, в том числе научный сотрудник UA Али Брамсон и профессор планетологии Шейн Бирн, стремились ответить на эти вопросы.

Ранее они предположили, что свидетельства старых вулканов на карликовой планете были стерты с течением времени естественным процессом, называемым «вязкой релаксацией. «Вязкие материалы могут сформироваться изначально как массивный сгусток, но собственный вес сгустка заставляет его принимать более плоскую форму с течением времени.

«Камни не делают этого при нормальных температурах и временных масштабах, но лед делает», — сказал Майкл Сори.

Поскольку Церера состоит как из камня, так и из льда, Сори придерживался теории о том, что образования на карликовой планете текут и движутся под собственным весом, подобно тому, как ледники движутся по земле. Состав формаций и температура будет влиять на то, как быстро они изменяются в окружающем ландшафте. Чем больше льда в пласте, тем быстрее он течет; чем ниже температура, тем медленнее он течет.

Хотя Церера никогда не становится теплее -35 градусов по Цельсию, температура варьируется по всей поверхности.

«Полюса Цереры достаточно холодные, так что, если вы начинаете с горы льда, она не растает», — говорит Сори. «Но экватор достаточно теплый, чтобы гора льда могла деформироваться в течение геологических временных рамок.»

Компьютерное моделирование показало, что теория Сори жизнеспособна. Криовулканы у полюсов Цереры могут оставаться замороженными очень долго. На других широтах карликовой планеты моделируемые вулканы начинали свою жизнь высокими и крутыми, но со временем становились ниже, шире и более пологими. Чтобы доказать, что компьютерное моделирование отражает реальность, ученые изучили топографические наблюдения с космического аппарата Dawn, который вращается вокруг Цереры с 2015 года, чтобы найти формы рельефа, которые соответствуют компьютерным моделям.

На двух миллионах квадратных километрах поверхности планеты исследователи нашли 22 горы, включая Ахуна-Монс, которые выглядели точно так же, как и предсказывали моделирования. «Это была действительно захватывающая часть, и мы нашли только одну гору на полюсе,» — сказал Майкл Сори.

Полярная гора, получившая название Ямор Монс, имеет такую же общую форму, как Ахуна Монс. Она в пять раз больше по ширине, чем по высоте, что дает ей соотношение сторон 0,2. Горы, найденные в другом месте на Церере, имеют другие пропорции, как и прогнозировали модели: они намного больше по ширине, чем гора на полюсе.

Сопоставив настоящие горы с образцовыми горами, ученые смогли определить возраст многих из них. Объем вулканов оценивался путем изучения их топографии, и, объединив возраст и объем, команда Сори смогла рассчитать скорость, с которой криовулканы формируются на Церере. «Мы обнаружили, что один вулкан образуется каждые 50 миллионов лет», — сказал Майкл Сори.

Вместе этот объем составляет в среднем более 10 000 кубических метров криовулканического материала каждый год — достаточно, чтобы заполнить четыре олимпийских бассейна. Это намного меньше вулканической активности, чем та, что наблюдается на Земле, где вулканы генерируют более 1 миллиарда кубических метров материала в год.

Кроме того, вулканические извержения на Церере менее продуктивны, чем на Земле. Вместо взрывных извержений криовулканы создают ледяной эквивалент лавового купола: криомагма — соленая смесь горных пород, льда и других веществ, таких как аммиак, сочится из вулкана и замерзает на поверхности. Большинство некогда могучих криоволканов на Церере, вероятно, сформировались таким образом.

Причины криовулканических извержений на Церере до сих пор остаются загадкой, но будущие исследования могут дать ответы, так как признаки ледяных вулканов были обнаружены на других телах в Солнечной системе. Церера — первое криовулканическое тело, на орбите которого находится научная миссия, но Европа и Энцелад, спутники Юпитера и Сатурна, вероятно, являются кандидатами на криовулканизм, как и Плутон и его спутник Харон.

Европа представляет особый интерес, поскольку считается, что жидкий океан находятся под толстой ледяной оболочкой, которая, по мнению некоторых ученых, усеяна ледяными вулканами. Возможно, есть сходство между Европой и Церерой, но нам нужно отправить туда следующую миссию, прежде чем мы сможем сказать наверняка.

Cryovolcanic rates on Ceres revealed by topography, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0574-1 , https://www.nature.com/articles/s41550-018-0574-1