Wat ligt er onder Pluto's ijzige hart? Nieuw onderzoek wijst uit dat er een zoute "Dode Zee" -achtige oceaan van meer dan 100 kilometer dik kan zijn.
"Thermische modellen van het binnenste van Pluto en tektonisch bewijs aan de oppervlakte suggereren dat er een oceaan kan bestaan, maar het is niet eenvoudig om de grootte of iets anders af te leiden", zegt Brandon Johnson van Brown University. "We hebben enkele beperkingen kunnen stellen aan de dikte en aanwijzingen over de compositie."
Onderzoek door Johnson en zijn team richtte zich op het 'hart' van Pluto - een informeel gebied genaamd Sputnik Planum, dat werd gefotografeerd door het ruimtevaartuig New Horizons tijdens de flyby van Pluto in juli 2015.
Alan Stern, hoofdonderzoeker van New Horizons, noemde Sputnik Planum "een van de meest verbazingwekkende geologische ontdekkingen in meer dan 50 jaar planetaire verkenning", en uit eerder onderzoek bleek dat de regio voortdurend wordt vernieuwd door de huidige ijsconvectie.
Het hart is een bekken van 900 km breed - groter dan Texas en Oklahoma samen - en in ieder geval de westelijke helft ervan lijkt te zijn gevormd door een inslag, waarschijnlijk door een object met een diameter van 200 kilometer of groter.
Johnson en collega's Timothy Bowling van de University of Chicago en Alexander Trowbridge en Andrew Freed van Purdue University hebben de impactdynamiek gemodelleerd die een enorme krater op Pluto's oppervlak heeft gecreëerd en keken ook naar de dynamiek tussen Pluto en zijn maan Charon.
De twee zijn netjes op elkaar vergrendeld, wat betekent dat ze elkaar altijd hetzelfde gezicht laten zien als ze draaien. Spoetnik Planum ligt direct op de getijdenas die de twee werelden met elkaar verbindt. Die positie suggereert dat het bekken een zogenaamde positieve massa-afwijking heeft - het heeft meer massa dan gemiddeld voor de ijzige korst van Pluto. Als de zwaartekracht van Charon op Pluto trekt, zou hij proportioneel meer trekken op gebieden met een hogere massa, die de planeet zouden kantelen totdat Sputnik Planum in lijn kwam met de getijdenas.
Dus in plaats van een gat in de grond te zijn, is de krater eigenlijk weer opgevuld. Een deel is opgevuld door het convecterende stikstofijs. Hoewel die ijslaag wat massa aan het bassin toevoegt, is hij op zichzelf niet dik genoeg om Sputnik Planum een positieve massa te geven.
De rest van die massa, zei Johnson, kan worden gegenereerd door een vloeistof die onder het oppervlak op de loer ligt.
Johnson en zijn team legden het als volgt uit:
Als een bowlingbal die op een trampoline valt, veroorzaakt een grote impact een deuk op het oppervlak van een planeet, gevolgd door een rebound. Die rebound trekt materiaal omhoog van diep in het binnenste van de planeet. Als dat materiaal met een hogere dichtheid dichter is dan wat door de inslag is weggeblazen, eindigt de krater met dezelfde massa als vóór de inslag. Dit is een fenomeen dat geologen isostatische compensatie noemen.
Water is dichter dan ijs. Dus als er een laag vloeibaar water onder de ijsschaal van Pluto was, zou het kunnen zijn opgelopen na de inslag van de Sputnik Planum, waardoor de massa van de krater gelijk werd gemaakt. Als het bekken begon met een neutrale massa, dan zou de later afgezette stikstoflaag voldoende zijn om een positieve massa-anomalie te creëren.
'Dit scenario vereist een vloeibare oceaan', zei Johnson. 'We wilden computermodellen van de impact gebruiken om te zien of dit echt zou gebeuren. Wat we ontdekten is dat de productie van een positieve massa-anomalie eigenlijk vrij gevoelig is voor hoe dik de oceaanlaag is. Het is ook gevoelig voor hoe zout de oceaan is, omdat het zoutgehalte de dichtheid van het water beïnvloedt. "
De modellen simuleerden de impact van een object dat groot genoeg was om een bassin met de grootte van Sputnik Planum te maken dat Pluto raakt met een snelheid die voor dat deel van het zonnestelsel wordt verwacht. De simulatie ging uit van verschillende diktes van de waterlaag onder de korst, van helemaal geen water tot een laag van 200 kilometer dik.
Het scenario dat de waargenomen grootte-diepte van Sputnik Planum het beste reconstrueerde, terwijl het ook een krater met gecompenseerde massa produceerde, was er een waarin Pluto een oceaanlaag heeft van meer dan 100 kilometer dik, met een zoutgehalte van ongeveer 30 procent.
'Wat dit ons vertelt, is dat als Sputnik Planum inderdaad een positieve massa-afwijking is - en het lijkt alsof dat zo is - deze oceaanlaag van minstens 100 kilometer daar moet zijn', zei Johnson. "Het is verbazingwekkend voor mij dat je dit lichaam zo ver in het zonnestelsel hebt dat er nog steeds vloeibaar water is."
Johnson he en andere onderzoekers zullen de door New Horizons teruggestuurde gegevens blijven bestuderen om een duidelijker beeld te krijgen van het intrigerende binnenland en de mogelijke oceaan van Pluto.
Verder lezen: Brown University, New Horions / APL
