تحلیل جدیدی به رهبری مؤسسه تحقیقاتی جنوب غربی (SwRI) پیشنهاد میکند که نیتروژن مایع ممکن است از طریق ترکها به سمت بالا حرکت کرده و به سطح پلوتو نزدیک لبه شمالی اسپوتنیک پلانیتیوم، یخچال عظیم قلبشکلی که بخش بزرگی از این سیاره کوتوله را پوشانده است، برسد.
این یافتهها نخستین شواهد را ارائه میدهند که مایعات در زمانهای نسبتاً اخیر در پلوتو جریان داشتهاند. این تحقیق بر اساس مشاهدات فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا انجام شده و توسط دکتر آلن استرن، معاون ارشد SwRI و محقق اصلی مأموریت نیوهورایزنز، هدایت میشود.
«پلوتو هرگز ما را غافلگیر نمیکند»، گفت استرن، نویسنده اصلی مقاله، «و این نتیجه جدید قطعاً همین کار را انجام میدهد. علاوه بر اینکه پیشنهاد میکند مایعات اخیراً بر سطح پلوتو ظاهر شدهاند، همچنین نشاندهنده نوع جدیدی از ویژگیهای متغیر زمانی در پلوتو است.»
ویژگیهای تیره عجیب بر روی یخچال غولپیکر پلوتو
اسپوتنیک پلانیتیوم یخچال وسیعی است که عمدتاً از نیتروژن منجمد تشکیل شده و بزرگتر از مجموع ایالتهای تگزاس و اوکلاهما است. تصاویر جمعآوری شده توسط نیوهورایزنز در سالهای ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶ نشان داد که منطقه شمالی آن شامل سلولهای همرفتی زمینشناسی به اندازه شهرها است که توسط خطوط نازک تیره و لکههای تیره پراکنده و گستردهتر از هم جدا شدهاند.
بررسی مجدد این ویژگیها نشان میدهد که آنها ممکن است گاهی اوقات به طور موقت خیس شوند. محتملترین منبع، نیتروژن مایعی است که از زیر سطح بالا میآید. یافتهها در ژورنال علمی داوری شده علوم سیارهای منتشر شده است.
نیتروژن مایع نمیتواند به صورت باران در پلوتو ببارد زیرا دما و شرایط جوی این سیاره کوتوله اجازه چنین چیزی را نمیدهد. با این حال، بخشهایی از شمال اسپوتنیک پلانیتیوم به الگوهایی تیره شدهاند که شبیه ویژگیهای دیده شده در یخچالهای زمینی پس از قرار گرفتن در معرض آب باران یا مایعات خروجی از زیر یخ است.
سرنخهایی از صفحه یخی گرینلند
برای بررسی این شباهت، تیم تحت رهبری SwRI تصاویر نیوهورایزنز را با تصاویر ماهواره لندست ۹ ناسا از مناطق یخی روی زمین، از جمله صفحه یخی گرینلند، مقایسه کرد.
در گرینلند، علامتهای تیره باریک در مکانهایی ظاهر میشوند که آب مایع روی یخ و برف وجود دارد. الگوهای مشابهی در اسپوتنیک پلانیتیوم دیده میشوند که منجر به پیشنهاد پژوهشگران شد که مایعات زیرسطحی، به ویژه نیتروژن، ممکن است به سمت بالا حرکت کرده و سطح نیتروژن منجمد پلوتو را خیس کنند.
«سطح اسپوتنیک پلانیتیوم بسیار جوان است، احتمالاً کمتر از یک میلیون سال بر اساس مدلسازی وارونگی سطح، بنابراین این ویژگیهایی که ما بررسی میکنیم باید پس از آن شکل گرفته باشند»، گفت دکتر کلسی سینگر، دانشمند ارشد SwRI و یکی از نویسندگان مشترک مطالعه. «پلوتو دارای بسیاری از زمینهای منحصر به فرد است که در هیچ جای دیگر منظومه شمسی دیده نمیشوند و این منطقه از اسپوتنیک پلانیتیوم یکی از آنهاست. سطح آن مجموعه متفاوتی از شرایط را در مقایسه با آنچه در زمین به آن عادت داریم فراهم میکند و کاوش آن به ما امکان میدهد بهتر بفهمیم مواد در محیطهایی که تولید آنها در زمین دشوار است، چگونه رفتار میکنند.»
مطالعات قبلی، از جمله تحقیقات به رهبری استرن، پیشنهاد کرده بودند که مایعات در گذشته دور زمانی در پلوتو جریان داشتند. یافتههای جدید فراتر رفته و پیشنهاد میکنند که نیتروژن مایع ممکن است امروزه در زیر اسپوتنیک پلانیتیوم وجود داشته باشد یا به تازگی در آنجا حضور داشته است.
چگونه نیتروژن مایع میتواند به سطح برسد
شبیهسازیهای کامپیوتری به رهبری دکتر اورکان اومورهان، دانشمند ارشد تحقیقات در مؤسسه ستی (SETI)، توضیح احتمالی برای نحوه وقوع این پدیده ارائه میدهند.
مدلها نشان میدهند که یخ نیتروژن در پایین اسپوتنیک پلانیتیوم، که چندین کیلومتر عمق دارد، میتواند ذوب شده و نیتروژن مایع تولید کند. آن مایع سپس میتواند از طریق کانالهای باریک به سمت سطح بالا برود، درست مانند موادی که از طریق لولههای گدازه یا چشمههای آب گرم حرکت میکنند. نیروی شناوری یا فشار از پایین میتواند به راندن مایع به سمت بالا کمک کند.
پس از رسیدن به سطح، نیتروژن مایع میتواند مدت کافی به حالت مایع باقی بماند تا از دامنه یخچال سرازیر شود. هنگام حرکت، میتواند یخ نیتروژن اطراف را خیس کند و علامتهای تیره مشاهده شده توسط نیوهورایزنز را ایجاد نماید.
«من فکر میکنم اهمیت بزرگ این یافتهها و تصویر وسوسهانگیزی که ارائه میدهد، انگیزه و دلیل بزرگی برای بررسی بیشتر فیزیک نیتروژن جامد در دماهای بسیار پایین است»، گفت اومورهان. «به طور خاص، بررسی فیزیک حاکم بر مواد نیتروژن جامد تحت تنش و کرنش که میتواند باعث ذوب شدن آنها شود، مهم است. این فرآیندها هرگز به طور دقیق در آزمایشگاه مطالعه نشدهاند.»
پیامدهایی فراتر از پلوتو
تاکنون، پژوهشگران شواهد روشنی از این نوع جریان مایع پایه در جای دیگری از پلوتو شناسایی نکردهاند. با این حال، بیش از نیمی از این سیاره کوتوله هرگز با وضوح بالا نقشهبرداری نشده است و این امکان را باز میگذارد که فرآیندهای مشابه در مناطق دیگر نیز در حال وقوع باشند.
همان مکانیزم شامل ذوب شدن و حرکت رو به بالای مایع ممکن است به توضیح فعالیتها در سایر نقاط منظومه شمسی نیز کمک کند. یکی از نمونههای احتمالی تریتون، بزرگترین قمر نپتون است، جایی که فضاپیمای وویجر ۲ ناسا فورانهای آبفشان از سطح را مشاهده کرد.
دانشمندان میگویند برای تعیین اینکه آیا فرآیندهای مشابه در سایر نقاط منظومه شمسی دورافتاده رخ میدهد یا خیر، به مشاهدات تکمیلی با وضوح بالا از پلوتو و سایر سیارات کمربند کوئیپر نیاز خواهد بود.
آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز در لورل، مریلند، فضاپیما و مأموریت نیوهورایزنز را برای مدیریت علمی ناسا طراحی، ساخته و اداره میکند. دفتر برنامه مأموریتهای سیارهای در مرکز پرواز فضایی مارشال (MSFC) در هانتسویل، آلاباما، نظارت ناسا بر نیوهورایزنز را فراهم میکند. مؤسسه تحقیقاتی جنوب غربی، مستقر در سن آنتونیو، مأموریت را از طریق محقق اصلی دکتر آلن استرن هدایت میکند که تیم علمی، عملیات محموله و برنامهریزی علمی را رهبری میکند. نیوهورایزنز بخشی از برنامه نیو فرونتیرز است که توسط MSFC ناسا مدیریت میشود.