Геология Харона
Геология Харона охватывает характеристики поверхности, коры и внутренней части Плутона спутника Харона . Как и о геологии Плутона , о геологии Харона почти ничего не было известно до открытия « Новых горизонтов системы Плутона» 14 июля 2015 года. Диаметр Харона составляет 1208 км (751 миль) — чуть более половины диаметра Плутона. [1] Харон достаточно массивен, чтобы превратиться в сфероид под действием собственной гравитации.
История
[ редактировать ]Взаимные затмения Плутона и Харона в 1980-х годах позволили астрономам получить спектры Плутона, а затем и объединенный спектр пары. Вычитая спектр Плутона из общего числа, астрономы смогли спектроскопически определить состав поверхности Харона. Северные районы Харона частично состоят из углеводородов и толинов , тогда как нижние широты более разнообразны по составу. [2] [3]
Исследователи из Исследовательского центра Эймса НАСА в 2017 году подтвердили, что тектонизм ледяных плит имел место в прошлом, породив многие из его наиболее заметных геологических особенностей, наблюдая свидетельства субдукции тектонических плит, а также отмечая отсутствие складчатости, возникшей в результате замерзания мантии. . [4]
Поверхность
[ редактировать ]
В отличие от поверхности Плутона, которая состоит из азотного и метанового льдов, на поверхности Харона, по-видимому, преобладает менее летучий водяной лед. В 2007 году наблюдения обсерватории Джемини за пятнами гидратов аммиака и кристаллов воды на поверхности Харона позволили предположить наличие активных криогейзеров . [5] [6] Взаимные затмения Плутона и Харона в 1980-х годах позволили астрономам получить спектры Плутона, а затем и объединенный спектр пары. Вычитая спектр Плутона из общего числа, астрономы смогли спектроскопически определить состав поверхности Харона. Северные районы Харона частично состоят из углеводородов и толинов , тогда как нижние широты более разнообразны по составу. [2] [3] У Харона также, похоже, мало атмосферы, если она вообще есть.
Фотометрическое картирование поверхности Харона показывает широтный тренд альбедо с яркой полосой экватора и более темными полюсами. Южный полярный регион, по-видимому, темнее северного. [7] В северном полярном регионе преобладает очень большая темная область, неофициально названная « Мордор » командой New Horizons . [8] [9] [10] Мордорская Макула отчетливо красного цвета. [11] Однако, помимо Мордора, « Новые горизонты» неожиданно сфотографировали несколько других ударных кратеров на Хароне и обнаружили молодую поверхность, что указывает на то, что Харон, вероятно, геологически активен. [9] В частности, в южном полушарии меньше кратеров, чем в северном, и оно значительно менее изрезано, что позволяет предположить, что массовое всплытие на поверхность – возможно, вызванное частичным или полным замерзанием внутреннего океана – произошло в какой-то момент в прошлом и уничтожило многие из более ранние кратеры. [12]
Поверхность Харона содержит несколько крупных каньонов глубиной от 5 до 10 км . Это направление северо-восток-юго-запад. Одна система впадин и скал простирается на 1050 км. [13] Одним из таких грабенов является Каньон Безмятежности шириной 60 км. Другие включают пропасть Макросс , которая соединяется с пропастью Серенити, образуя пояс, простирающийся на 1050 км . Другими названными каземами являются каньон Тардис , каньон Ностромо и каньон Арго глубиной 5 км. [11]
Полярные регионы
[ редактировать ]Северная полярная область Харона, Мордорская Макула , значительно темнее и красноватее, чем остальная его поверхность. Наиболее распространенное объяснение этого явления состоит в том, что оно образовалось в результате конденсации газов, вышедших из атмосферы Плутона . Зимой температура составляет -258 °C, и эти газы, в том числе азот, окись углерода и метан, конденсируются в твердые формы; когда эти льды подвергаются солнечной радиации, они химически вступают в реакцию с образованием различных красноватых толинов . Позже, когда эта территория снова нагревается Солнцем по мере смены времен года Харона, температура на полюсе повышается до -213 ° C, в результате чего летучие вещества сублимируются и покидают Харон, оставляя после себя только толины. За миллионы лет остаточный толин образует толстые слои, скрывающие ледяную корку. [14] Южный полярный регион также темный, и его изображение было получено аппаратом New Horizons с использованием солнечного света, отраженного от Плутона. [15]
Геологическое картирование
[ редактировать ]Геоморфологическая карта, опубликованная в 2019 году, делит поверхность Харона на 16 типов, в том числе: глыбистый рельеф, гладкий рельеф, приподнятый гладкий рельеф, пересеченный рельеф, пестрый рельеф, лопастные фартуки и Монс, вдавленный материал, кратеры и выбросы кратеров. Линейные особенности были классифицированы как катена, гребень края кратера, край впадины, след грабена, канавка, гребень хребта, основание уступа, гребень уступа или широкая деформация. Различные периоды времени были названы Озианскими (возрастом более 4 миллиардов лет, обнаруженными в регионе под названием Оз Терра ). Следующим является вулканический период, в котором наблюдаются криопотоки, в основном вблизи экватора, в области, называемой Планом Вулкана. Спокиан — это период образования ударных кратеров. [16]
Внутренняя структура
[ редактировать ]
Объем и масса Харона позволяют рассчитать его плотность 1,70 ± 0,02 г/см. 3 , [11] что немного ниже, чем у Плутона. Следовательно, Харон имеет немного меньшую долю камня внутри по сравнению с Плутоном. Эта разница не такая большая, как у многих других столкновительных спутников. [ который? ]
После пролета аппарата «Новые горизонты» многочисленные обнаруженные особенности на поверхности Харона убедительно указывали на то, что Харон дифференцирован и, возможно, даже имел подземный океан в начале своей истории. Прошлое всплытие на поверхность Харона показало, что древний подповерхностный океан Харона, возможно, послужил источником крупномасштабных криоизвержений на поверхности, стирая многие старые особенности. [19] [17] [20] В результате возникли два широких конкурирующих взгляда на природу внутренней части Харона: так называемая модель горячего старта , согласно которой формирование Харона происходит быстро и включает сильное столкновение с Плутоном, и модель холодного старта , согласно которой формирование Харона происходит более постепенно и предполагает менее сильное столкновение с Плутоном.
Согласно модели горячего старта, Харон быстро аккрецировал (в течение ~ 10 4 лет) из околопланетного диска, что стало результатом разрушительного сценария гигантского удара. Такая быстрая временная шкала предотвращает распространение тепла от аккреции во время процесса формирования, что приводит к частичному плавлению внешних слоев Харона. Однако коре Харона не удалось достичь той фракции расплава, при которой происходит полная дифференциация, что приводит к тому, что кора сохраняет часть своего силикатного содержания при замерзании. Жидкий подземный океан образуется во время или вскоре после аккреции Харона и сохраняется примерно 2 миллиарда лет, прежде чем замерзнет, что, возможно, приводит к криовулканическому обновлению поверхности Вулканской равнины. Радиогенное тепло ядра Харона могло затем расплавить второй подземный океан, состоящий из эвтектической смеси воды и аммиака, прежде чем он тоже замерзнет, что, возможно, приведет к образованию горы Кубрика и других подобных образований. Эти циклы замерзания могут увеличить размер Харона более чем на 20 км, что приведет к образованию сложных тектонических структур, наблюдаемых в Безмятежной пропасти и Оз Терра. [17]
Напротив, модель холодного старта утверждает, что большой подземный океан в начале истории Харона не является необходимым для объяснения особенностей поверхности Харона, и вместо этого предполагает, что Харон мог быть однородным и более пористым при формировании. Согласно модели холодного старта, когда внутренняя часть Харона начинает нагреваться из-за радиогенного нагрева и нагрева в результате серпентинизации , начинается фаза сжатия, в основном обусловленная уплотнением внутренней части Харона. Примерно через 100–200 миллионов лет после образования в месте таяния подземного океана накапливается достаточно тепла, что приводит к быстрой дифференциации, дальнейшему сжатию и гидратации основных пород. Несмотря на это таяние, на Хароне остается первозданная корка аморфного водяного льда. По истечении этого периода дифференциация продолжается, но ядро больше не может поглощать больше воды, и, таким образом, начинается замерзание основания мантии Харона. Это замерзание вызывает период расширения, пока ядро Харона не станет достаточно теплым, чтобы начать уплотнение, начиная заключительный период сжатия. Пропасть Безмятежности, возможно, образовалась в результате эпизода расширения, тогда как последний эпизод сжатия, возможно, привел к образованию дугообразных гребней, наблюдаемых в Мордорской Макуле. [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Насколько велик Плутон? «Новые горизонты» разрешают дебаты, длившиеся десятилетиями» . НАСА . 2015 . Проверено 13 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Команда состава New Horizons использует данные от 13 июля для изучения загадочной поверхности Плутона» . pluto.jhuapl.edu Центр новостей . Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. 14 июля 2015 года . Проверено 14 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Альберт, PT (9 сентября 2015 г.). «Новые горизонты» раскрывают тайну красного полюса Харона . НАСА . Проверено 9 сентября 2015 г.
- ^ Эмспак, Джесси (25 января 2017 г.). «Спутник Плутона Харон имел свою собственную тектонику ледяных плит» . Space.com . Проверено 26 января 2017 г.
- ^ «Харон: льдогенератор в условиях глубокой заморозки» . Обсерватория Джемини . 2007 . Проверено 18 июля 2007 г.
- ^ Готовить; и др. (2007). «Ближняя инфракрасная спектроскопия Харона: возможные доказательства криовулканизма на объектах пояса Койпера» . Астрофизический журнал . 663 (2): 1406–1419. Бибкод : 2007ApJ...663.1406C . дои : 10.1086/518222 .
- ^ Буйе, МВт; Гранди, ВМ; Янг, EF; Янг, Лос-Анджелес; Стерн, С.А. (2010). «Плутон и Харон с помощью космического телескопа Хаббл. II. Разрешение изменений на поверхности Плутона и карта Харона». Астрономический журнал . 139 (3): 1128–1143. Бибкод : 2010AJ....139.1128B . CiteSeerX 10.1.1.182.7004 . дои : 10.1088/0004-6256/139/3/1128 . S2CID 9343680 .
- ^ «Команда New Horizons называет темное пятно на спутнике Плутона «Мордором»; это может быть массивное столкновение» . Неделя . 15 июля 2015 года . Проверено 15 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Фотографии New Horizons показывают ледяные горы Плутона и огромный кратер Харона» . Новости Эн-Би-Си . 15 июля 2015 года . Проверено 15 июля 2015 г.
- ^ Корум, Джонатан (15 июля 2015 г.). «Новые горизонты обнаруживают ледяные горы на Плутоне» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 15 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с Стерн, SA; Багеналь, Ф.; Эннико, К.; Гладстон, Греция; Гранди, ВМ; Маккиннон, Всемирный банк; Мур, Дж. М.; Олкин, CB; Спенсер-младший; Уивер, штат Ха; и др. (15 октября 2015 г.). «Система Плутона: первые результаты ее исследования аппаратом New Horizons». Наука . 350 (6258): аад1815. arXiv : 1510.07704 . Бибкод : 2015Sci...350.1815S . дои : 10.1126/science.aad1815 . ПМИД 26472913 . S2CID 1220226 .
- ^ «Харон: потрескавшийся, кратерированный и красочный» . Небо и телескоп . 2 октября 2015 г.
- ^ Данн, Марсия (16 июля 2015 г.). « 'Поражает меня': пики на Плутоне, каньоны на Хароне» . ФизОрг.
- ^ Хоуэтт, Карли (11 сентября 2015 г.). «Новые горизонты» исследуют тайну красного полюса Харона . Проверено 16 сентября 2015 г.
- ^ Китер, Билл (14 сентября 2016 г.). «Плутон «красит» свой самый крупный спутник Харон в красный цвет» . ФизОрг . Проверено 17 сентября 2016 г.
- ^ Роббинс, Стюарт Дж.; Бейер, Росс А.; Спенсер, Джон Р.; Гранди, Уильям М.; Уайт, Оливер Л.; Певица, Келси Н.; Мур, Джеффри М.; Далле Оре, Кристина М .; Маккиннон, Уильям Б.; Лиссе, Кэри М.; Руньон, Кирби; Беддингфилд, Хлоя Б.; Шенк, Пол; Умурхан, Оркан М.; Крукшанк, Дейл П.; Лауэр, Тод Р.; Брей, Вероника Дж.; Бинцель, Ричард П.; Буи, Марк В.; Буратти, Бонни Дж.; Ченг, Эндрю Ф.; Линскотт, Иван Р.; Рейтер, Деннис К.; Шоуолтер, Марк Р.; Янг, Лесли А.; Олкин, Екатерина Б.; Эннико, Кимберли С.; Уивер, Гарольд А.; Стерн, С. Алан (январь 2019 г.). «Геологические формы рельефа и хроностратиграфическая история Харона, показанная на геологической карте полушария». Журнал геофизических исследований: Планеты . 124 (1): 155–174. Бибкод : 2019JGRE..124..155R . дои : 10.1029/2018JE005684 . S2CID 134425302 .
- ^ Jump up to: а б с Деш, С.Дж.; Невё, М. (2017). «Дифференциация и криовулканизм на Хароне: взгляд до и после «Новых горизонтов» . Икар . 287 : 175–186. Бибкод : 2017Icar..287..175D . дои : 10.1016/j.icarus.2016.11.037 .
- ^ Jump up to: а б Маламуд, Ури; Перец, Хагай Б.; Шуберт, Джеральд (2017). «История сжатия/расширения Харона с последствиями для его тектонического пояса планетарного масштаба». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 468 (1): 1056–1069. arXiv : 1603.00875 . Бибкод : 2017МНРАС.468.1056М . дои : 10.1093/mnras/stx546 .
- ^ Багери, Амирхоссейн; Хан, Амир; Дешам, Фредерик; Самуэль, Анри; Кругляков Михаил; Джардини, Доменико (2022). «Приливно-тепловая эволюция системы Плутон-Харон» . Икар . 376 . arXiv : 2109.13206 . Бибкод : 2022Icar..37614871B . дои : 10.1016/j.icarus.2021.114871 .
- ^ Битти, Келли (2 октября 2015 г.). «Харон: потрескавшийся, кратерированный и красочный» . Небо и телескоп . Проверено 3 октября 2015 г.
