Powierzchnie kraterów w całym Układzie Słonecznym wykazują oznaki dawnych uderzeń, ale tajemnicze wąwozy na Westie mogły powstać w wyniku nagłych przepływów solanki wywołanych uderzeniami meteoroidów.
Niedawne eksperymenty naśladujące środowisko Westy sugerują, że słona woda stabilizowana chlorkiem sodu może płynąć wystarczająco długo, aby wyrzeźbić kanały przed zamarznięciem. Odkrycie to opiera się na ustaleniach z NASAmisji Dawn, która zbadała Westę i wskazała na ukryty pod powierzchnią lód.
Dowody kosmicznego pobicia
Pełne kraterów powierzchnie wielu ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym dostarczają wyraźnych dowodów na trwającą 4,6 miliarda lat historię uderzeń meteoroidów i innych śmieci kosmicznych. Jednak na niektórych planetach, takich jak gigantyczna asteroida Westa badana przez misję NASA Dawn, powierzchnie te zawierają również głębokie kanały, czyli wąwozy, których powstawanie pozostaje tajemnicą.
Hipotezy dotyczące wąwozów i przepływów solanki
Jedna z wiodących teorii sugeruje, że wąwozy te powstały w wyniku przepływu suchego gruzu spowodowanego procesami geofizycznymi, takimi jak uderzenia meteoroidów lub zmiany temperatury spowodowane ekspozycją na Słońce. Jednak niedawne badanie finansowane przez NASA, opublikowane w Dziennik nauk planetarnych dostarcza nowych dowodów wskazujących na inny proces: krótkotrwałe przepływy wody wywołane uderzeniami. Przepływy te mogły wyrzeźbić wąwozy i pozostawić po sobie osady. Wykorzystując sprzęt laboratoryjny do odtworzenia warunków Westy, badacze po raz pierwszy szczegółowo opisali możliwy skład tej cieczy oraz czas, przez jaki może ona pozostawać płynna przed zamrożeniem.
Chociaż istnienie zamarzniętych złóż solanki na Westie nie zostało potwierdzone, naukowcy już to sprawdzili hipotetycznie że uderzenia meteoroidów mogły odsłonić i stopić lód znajdujący się pod powierzchnią światów takich jak Westa. W takim scenariuszu w przepływach powstałych w wyniku tego procesu mogłyby powstać wąwozy i inne elementy powierzchni przypominające te na Ziemi.
Wyzwania związane z cieczami w światach pozbawionych powietrza
Ale w jaki sposób światy pozbawione powietrza – ciała niebieskie pozbawione atmosfery i wystawione na intensywną próżnię kosmiczną – mogą utrzymywać ciecze na powierzchni wystarczająco długo, aby mogły wypłynąć? Taki proces byłby sprzeczny z założeniem, że ciecze w próżni szybko ulegają destabilizacji, zamieniając się w gaz, gdy ciśnienie spada.
„Uderzenia nie tylko powodują przepływ cieczy po powierzchni, ale są one aktywne wystarczająco długo, aby wytworzyć specyficzne cechy powierzchni” – powiedziała liderka projektu i planetolog Jennifer Scully z Jet Propulsion Laboratory NASA w południowej Kalifornii, gdzie przeprowadzono eksperymenty. „Ale jak długo? Większość cieczy szybko staje się niestabilna na pozbawionych powietrza ciałach, gdzie próżnia kosmiczna jest nieustępliwa.
Rola soli w zwiększaniu stabilności cieczy
Najważniejszym składnikiem okazuje się chlorek sodu — sól kuchenna. Eksperymenty wykazały, że w warunkach takich jak na Westie czysta woda zamarzała niemal natychmiast, podczas gdy słonawe ciecze pozostawały płynne przez co najmniej godzinę. „To wystarczająco długo, aby utworzyć cechy związane z przepływem zidentyfikowane na Westie, które, jak oszacowano, wymagały nawet pół godziny” – powiedział główny autor Michael J. Poston z Southwest Research Institute w San Antonio.
Uruchomiony w 2007 roku, Świt statek kosmiczny udał się do głównego pasa asteroid pomiędzy Mars I Jupiter okrążać Westę przez 14 miesięcy, a Ceres przez prawie cztery lata. Misja przed zakończeniem w 2018 r. odsłoniła dowody na to, że na Ceres znajdowały się podziemne zbiorniki solanki, które nadal mogą transportować solankę ze swojego wnętrza na powierzchnię. Naukowcy twierdzą, że najnowsze badania dają wgląd w procesy zachodzące na Ceres, ale skupiają się na Westie, gdzie lód i sole mogą wytwarzać słoną ciecz po podgrzaniu w wyniku uderzenia.
Symulacja unikalnego środowiska Westy
Aby odtworzyć warunki podobne do Westy, które miały miejsce po uderzeniu meteoroidu, naukowcy wykorzystali komorę testową w JPL zwane Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments, w skrócie DUSTIE. Szybko zmniejszając ciśnienie powietrza otaczające próbki cieczy, naśladowali środowisko wokół cieczy wypływającej na powierzchnię. Wystawiona na działanie próżni czysta woda natychmiast zamarzła. Ale słone płyny utrzymywały się dłużej, kontynuując przepływ, zanim zamarzły.
Solanki, z którymi eksperymentowali, miały głębokość nieco ponad cala (kilku centymetrów); naukowcy doszli do wniosku, że wypływy na Westie o głębokości od kilku do kilkudziesięciu metrów będą ponownie zamarzać jeszcze dłużej.
Zamrożone pokrywki i przepływ płynu
Naukowcom udało się także odtworzyć „pokrywy” zamrożonego materiału, który, jak się przypuszcza, tworzył się na solance. Zasadniczo zamrożona górna warstwa, pokrywki stabilizują płyn znajdujący się pod nimi, chroniąc go przed wystawieniem na działanie próżni kosmicznej – lub, w tym przypadku, próżni panującej w komorze DUSTIE – i pomagając w dłuższym przepływie cieczy przed ponownym zamarznięciem.
Zjawisko to jest podobne do tego, jak na Ziemi lawa płynie dalej w rurach lawowych, niż pod wpływem niższych temperatur powierzchniowych. Odpowiada to również badaniom modelowym prowadzonym wokół potencjalnych wulkanów błotnych na Marsie i wulkanów, które mogły wyrzucać lodowaty materiał z wulkanów na księżycu Jowisza Europy.
„Nasze wyniki przyczyniają się do coraz większej liczby prac wykorzystujących eksperymenty laboratoryjne do zrozumienia, jak długo płyny utrzymują się na różnych światach” – powiedziała Scully.
Odniesienie: „Eksperymentalne badanie czasów życia solanki i wody po uderzeniu w bezpowietrzne światy” autorstwa Michaela J. Postona, Samanthy R. Baker, Jennifer EC Scully, Elizabeth M. Carey, Lauren E. Mc Keown, Julie C. Castillo-Rogez i Carol A. Raymond, 21 października 2024 r., Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad696a
