Badania wskazują, że Ceres, początkowo uważana za skalistą, jest w większości pokryta lodem, co podważa wcześniejsze poglądy.
Odkrycia ujawniają jego potencjalną przeszłość jako błotnistego świata oceanicznego, a symulacje potwierdzają obecność silnej skorupy lodowej. To na nowo definiuje Ceres jako kluczową lokalizację do badania oceanów pozaziemskich.
Od czasu jej odkrycia w 1801 roku przez Giuseppe Piazziego, astronomowie i planetolodzy są zafascynowani Ceres, pierwszą asteroidą kiedykolwiek odkrytą w naszym Układzie Słonecznym. Jej powierzchnia pokryta kraterami, naznaczona uderzeniami, sugerowała wielu osobom, że ta asteroida/planeta karłowata nie była zbyt lodowa.
Nowe spojrzenie na skład Ceres
Jednak ostatnie badania przeprowadzone przez Purdue University i NASALaboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) sugeruje co innego. Obecnie uważają, że Ceres jest w większości pokryta lodem i mogła kiedyś kryć w sobie błotnisty ocean. To odkrycie dotyczące lodowej skorupy Ceres wyłoniło się z prac Iana Pamerleau, doktoranta i Mike’a Sori, adiunkta w Wydziale Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach Purdue, którzy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza. Wraz z Jennifer Scully, badaczką z JPL, zespół wykorzystał symulacje komputerowe do zbadania deformacji kraterów Ceres na przestrzeni miliardów lat.
Nowe podejście do deformacji krateru
„Uważamy, że w pobliżu powierzchni Ceres znajduje się dużo lodu wodnego, który stopniowo zmniejsza się w miarę wchodzenia coraz głębiej” – powiedziała Sori. „Ludzie kiedyś myśleli, że jeśli Ceres jest bardzo oblodzona, kratery z czasem ulegają deformacji, jak lodowce płynące po Ziemi lub lepki płynący miód. Jednakże poprzez nasze symulacje pokazaliśmy, że lód w warunkach panujących na Ceres może być znacznie silniejszy, niż wcześniej przewidywano, jeśli doda się do niego odrobinę litej skały.”
Odkrycie zespołu stoi w sprzeczności z wcześniejszym przekonaniem, że Ceres była stosunkowo sucha. Powszechnie zakładano, że Ceres składa się z mniej niż 30% lodu, ale zespół Sori uważa obecnie, że powierzchnia składa się z mniej niż 90% lodu.
Ceres: starożytny świat oceaniczny
„Nasza interpretacja tego wszystkiego jest taka, że Ceres była kiedyś „światem oceanicznym”. Europy (jeden z Jupiterksiężyców), ale z brudnym, błotnistym oceanem” – powiedziała Sori. „Gdy ten błotnisty ocean z czasem zamarzł, utworzyła lodową skorupę z uwięzionymi w niej odrobiną skalistego materiału”.
Pamerleau wyjaśnił, w jaki sposób wykorzystali symulacje komputerowe do modelowania relaksacji kraterów na Ceres na przestrzeni miliardów lat.
„Nawet ciała stałe będą przepływać przez długie okresy czasu, a lód płynie łatwiej niż skała. Kratery mają głębokie misy, które wytwarzają duże naprężenia, które następnie rozluźniają się do niższego stanu naprężenia, w wyniku czego powstają płytsze misy poprzez przepływ w stanie stałym” – powiedział. „Więc wniosek NASA po misji Dawn był taki, że ze względu na brak rozluźnionych, płytkich kraterów, skorupa nie może być aż tak lodowata. Nasze symulacje komputerowe wyjaśniają nowy sposób, w jaki lód może przepływać z domieszką jedynie niewielkiej ilości zanieczyszczeń nielodowych, co spowodowałoby, że bardzo bogata w lód skorupa ledwo płynęła nawet przez miliardy lat. Dlatego moglibyśmy otrzymać bogatą w lód Ceres, która nadal odpowiada obserwowanemu brakowi relaksacji krateru. W tych symulacjach przetestowaliśmy różne struktury skorupy ziemskiej i odkryliśmy, że najlepszym sposobem na ograniczenie relaksacji kraterów na Cereanie jest stopniowana skorupa z dużą zawartością lodu w pobliżu powierzchni, która stopniowo opada w dół do niższego lodu”.
Znaczenie geofizyki planetarnej
Sori jest planetologiem specjalizującym się w geofizyce planet. Jego zespół zajmuje się pytaniami dotyczącymi wnętrz planet oraz powiązań między wnętrzami planet a ich powierzchniami, a odpowiedzi na te pytania można szukać w misjach statków kosmicznych. Jego prace obejmują wiele ciał stałych w Układzie Słonecznym, od Księżyca i Mars do lodowych obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
„Ceres to największy obiekt w pasie asteroid i planeta karłowata. Myślę, że czasami ludzie myślą o małych, grudkowatych obiektach jak o asteroidach (a większość z nich jest taka!), ale Ceres w rzeczywistości bardziej przypomina planetę” – powiedziała Sori. „To duża kula, o średnicy około 950 kilometrów, z elementami powierzchniowymi, takimi jak kratery, wulkany i osuwiska”.
Spostrzeżenia NASA z misji Dawn
27 września 2007 roku NASA wystrzeliła misję Dawn. Misja ta była pierwszym i jedynym statkiem kosmicznym, który okrążył dwa pozaziemskie miejsca docelowe – protoplanety Westa i Ceres. Chociaż sonda Dawn została wystrzelona w 2007 r., dotarła do Ceres dopiero w 2015 r. Okrążała planetę karłowatą do 2018 r.
„Wykorzystaliśmy liczne obserwacje wykonane na podstawie danych Dawn jako motywację do znalezienia bogatej w lód skorupy, która opierała się relaksacji kraterów na Ceres. Różne cechy powierzchni (np. doły, kopuły i osuwiska itp.) sugerują, że bliska powierzchnia Ceres zawiera dużo lodu” – powiedział Pamerleau. „Dane spektrograficzne pokazują również, że pod regolitem na planecie karłowatej powinien znajdować się lód, a dane grawitacyjne wskazują, że gęstość jest bardzo zbliżona do gęstości lodu, a konkretnie lodu zanieczyszczonego. Stworzyliśmy także profil topograficzny rzeczywistego złożonego krateru na Ceres i wykorzystaliśmy go do skonstruowania geometrii na potrzeby niektórych naszych symulacji.”
Sori twierdzi, że ponieważ Ceres jest największą asteroidą, na podstawie niektórych szacunków masy wykonanych na podstawie Ziemi podejrzewano, że mógł to być dowolny obiekt lodowy. te czynniki sprawiły, że był to doskonały wybór na wizytę na statku kosmicznym.
„Dla mnie ekscytującą częścią tego wszystkiego, jeśli mamy rację, jest to, że mamy zamarznięty oceaniczny świat całkiem blisko Ziemi. Ceres może być cennym punktem porównawczym dla lodowych księżyców zewnętrznego Układu Słonecznego, takich jak Europa i księżyc Jowisza, Saturnksiężyc Enceladus” – powiedziała Sori. „Uważamy, że Ceres jest zatem najbardziej dostępnym lodowym światem we wszechświecie. To sprawia, że jest to doskonały cel dla przyszłych misji statków kosmicznych. Niektóre z jasnych obiektów, które widzimy na powierzchni Ceres, to pozostałości błotnistego oceanu Ceres, obecnie w większości lub całkowicie zamarzniętego, który wypłynął na powierzchnię. Mamy więc miejsce do pobrania próbek z oceanu starożytnego oceanicznego świata, do którego nie jest zbyt trudno wysłać statek kosmiczny.
Odniesienie: „Starożytny i nieczysty zamarznięty ocean na Ceres, wynikający z jego bogatej w lód skorupy”, autorzy: IF Pamerleau, MM Sori i JEC Scully, 18 września 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02350-4
Badania te były wspierane przez grant NASA (80NSSC22K1062) w ramach programu Discovery Data Analysis Program.
