Bewijs dat Pluto begon met vloeibare oceanen die langzaam bevroren

Expansiestructuren op Pluto
De pijlen wijzen naar structuren aan het oppervlak van Pluto die duiden op een uitzetting van de ijzige korst van de dwergplaneet. Die uitzetting wordt toegeschreven aan het bevriezen van een ondergrondse oceaan. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

 

Een nieuwe studie zegt bewijs te hebben gevonden dat Pluto en andere grote objecten in de Kuipergordel zijn begonnen met vloeibare oceanen die na verloop van tijd langzaam bevroren.

Het aantrekken van nieuw materiaal tijdens het ontstaan van Pluto kan gezorgd hebben voor genoeg warmte om vloeibare oceanen te vormen onder de korst van ijs. Dit zou hebben kunnen plaatsvinden ondanks dat de dwergplaneet ver verwijderd is van de Zon.

Dit “hete start” scenario werd in een artikel dat op 22 juni 2020 verscheen in Nature Geoscience gepresenteerd en het spreekt het traditionele model tegen van Pluto als een grote bal bevroren ijs en gesteente die door middel van radioactief verval van elementen mogelijk genoeg warmte kon opwekken zodat ijs kon smelten en een ondergrondse oceaan kon vormen.

Wetenschappers hebben lang nagedacht over de thermische evolutie van Pluto en de mogelijkheden van een ondergrondse oceaan die tegenwoordig nog kan bestaan. Met de nieuwe afbeeldingen die de New Horizons ruimtesonde van de NASA heeft aangeleverd kan men de verschillende thermische evolutiemodellen vergelijken met wat men op de foto’s ziet.

Omdat water uitzet als het bevriest en krimpt als het smelt, hebben de hete start en de koude start scenario’s verschillende gevolgen voor de tektoniek en de resulterende oppervlaktekenmerken van Pluto.

Als Pluto een koude start zou hebben gemaakt en het ijs intern is gesmolten dan zouden we compressie kenmerken aan het oppervlak moeten zien. Bij een hete start zou Pluto uitzetten bij het bevriezen van de oceaan en zouden er kenmerken van uitzettingen zichtbaar moeten zijn. De onderzoekers zien veel bewijzen voor expansie en ze zien geen bewijzen voor krimp dus de waarnemingen komen meet overeen met een Pluto die startte met een vloeibare oceaan.

De thermische en tektonische evolutie van een koud gestarte Pluto is eigenlijk een beetje gecompliceerd omdat er na de eerste periode van geleidelijk smelten de ondergrondse oceaan opnieuw zou gaan bevriezen. Als er dus al vroeg compressie aan het oppervlak zou plaatsvinden dan zou die gevolgd worden door een meer recentere expansie. Bij een hete start zou die expansie gedurende de gehele geschiedenis van Pluto plaatsvinden.

De oudste oppervlaktekenmerken van Pluto zijn lastiger te achterhalen maar het lijkt erop dat er zowel oude als nieuwere expansie zichtbaar is aan het oppervlak.

De volgende vraag was of er genoeg energie beschikbaar was om Pluto een hete start te geven. De twee belangrijkste energiebronnen zouden hitte zijn die vrijkwam tijdens het verval van radioactieve elementen in gesteente en de gravitationele energie die vrijkomt toen nieuw materiaal het oppervlak van de groeiende protoplaneet bombardeerde.

Berekeningen van de onderzoekers toonden aan dat als alle zwaartekrachtsenergie als warmte zou worden vastgehouden, er onvermijdelijk een eerste vloeibare oceaan zou ontstaan. In de praktijk zou echter een groot deel van die energie van het oppervlak wegstralen, vooral als de aangroei van nieuw materiaal langzaam verloopt.

Voor de thermische evolutie van Pluto is het belangrijk hoe de dwergplaneet in is ontstaan. Als dat ontstaan te langzaam is verlopen dan straalt heet materiaal aan het oppervlak energie naar de ruimte maar als de dwergplaneet heel snel is ontstaan dan kan er genoeg energie in het binnenste worden vastgehouden.

De onderzoekers berekenden dat als Pluto zich over een periode van minder dan 30.000 jaar zou hebben gevormd, de dwergplaneet een hete start gemaakt moet hebben. Als in plaats daarvan het enkele miljoenen jaren heeft geduurd dan zou een hete start alleen mogelijk zijn als grote inslagen hun energie diep onder het oppervlak zouden begraven.

De nieuwe bevindingen impliceren dat andere grote Kuipergordel objecten waarschijnlijk ook warm zijn begonnen en vroege oceanen hadden kunnen hebben. Deze oceanen zouden er in de grootste objecten nog steeds kunnen zijn. Dus ook dwergplaneten als Eris en Makemake zouden een ondergrondse oceaan kunnen hebben.

Zelfs in een koude omgeving heel ver verwijderd van de Zon zouden al deze werelden snel en heet kunnen zijn ontstaan met als resultaat vloeibare oceanen. Aldus de onderzoekers.

Artikel: 22 June 2020,Nature Geoscience.

 

Eerste publicatie: 27 juni 2020
Bron: SciTechDaily