Pemandangan indah: Model baru menjelaskan dataran kental Pluto

Ekspektasi geologi aktif di Pluto cukup rendah sebelum kedatangan wahana New Horizons. Tapi foto-foto yang kembali dari planet kerdil menunjukkan dunia pegunungan, pegunungan dan … benda-benda aneh yang kental yang tidak memiliki analog duniawi yang jelas. Salah satu keingintahuan yang paling terkenal adalah dataran Sputnik Planitia, dipenuhi dengan es nitrogen, dibagi menjadi bentuk poligonal yang dipisahkan oleh parit sedalam beberapa lusin meter.

Para ilmuwan dengan cepat menemukan penjelasan parsial untuk struktur ini: konveksi, di mana perbedaan panas menyebabkan es nitrogen yang lebih dalam dan lebih hangat menggelembung melalui bahan lunak ke permukaan. Masalahnya adalah jauh di dalam planet ini tidak ada sumber panas yang jelas. Sekarang, bagaimanapun, sekelompok peneliti Eropa menyarankan bahwa konveksi dapat didukung oleh pendinginan permukaan daripada panas dari dalam planet. Rahasianya adalah menyublimkan es nitrogen langsung menjadi uap.

Kehangatan yang tidak mencukupi

Formasi pada benda es kecil seperti Pluto sulit dijelaskan karena para ilmuwan memperkirakan mereka kekurangan sumber panas yang menggerakkan lempeng tektonik, seperti yang ada di Bumi. Benda-benda es ini cukup kecil sehingga panas apa pun yang diciptakan oleh tabrakan yang menciptakannya dan planet-planet kerdil telah hilang sejak lama. Dan mereka tidak memiliki bahan logam yang cukup untuk radioisotop untuk memastikan pembangkitan panas yang berkelanjutan. Beberapa pengecualian untuk ini, seperti Europa dan Enceladus, dipanaskan oleh interaksi gravitasi dengan planet-planet raksasa yang mereka orbit, tetapi itu juga bukan pilihan bagi Pluto.

Oleh karena itu, sulit untuk menemukan sumber panas yang besar yang akan terjadi sekitar miliaran tahun setelah tata surya terbentuk. Dan itu masalah untuk ide konveksi. Di Bumi, konveksi internal planet ini ditenagai oleh panas yang keluar dari inti planet. Dan konveksi ini, pada gilirannya, mendorong aktivitas vulkanik di permukaan. Tanpa jenis panas seperti itu, sulit untuk melihat bagaimana konveksi dapat memberi daya pada fungsi yang kita lihat di Pluto.

Apa yang tim Eropa sadari adalah bahwa panas absolut tidak selalu diperlukan untuk menggerakkan konveksi. Sebaliknya, yang penting adalah perbedaan suhu (bersama dengan kemampuan material tersebut untuk berubah bentuk). Mendinginkan permukaan bisa sama efektifnya dengan memanaskan interior.

Dan ada kandidat yang jelas untuk itu. Ketika dipanaskan oleh matahari, sejumlah kecil es nitrogen menguap menjadi gas dalam proses yang disebut sublimasi. Molekul nitrogen yang lepas membawa sebagian panas dari es bersama mereka dan dengan demikian memastikan sedikit pendinginan. Ini tidak banyak berdasarkan atom, tetapi Sputnik Planitia adalah lapisan es besar yang memiliki miliaran tahun untuk mengalami sublimasi.

Selain itu, para peneliti sudah menjelaskan fungsi lain dari Pluto yang dapat dibuat dengan sublimasi.

Model yang agung

Tentu saja, kita tidak bisa hanya pergi ke Pluto untuk melihat apakah nitrogen menyublim dari permukaan. Sebagai gantinya, tim peneliti membuat model konveksi dan menggunakan beberapa nilai yang masuk akal secara fisik untuk sifat-sifat es nitrogen dan jumlah energi yang tersedia untuknya. Dalam kasus lain mereka memvariasikan parameter pada rentang untuk melihat nilai mana yang dapat menyebabkan perilaku yang berbeda.

Sebagai tes pertama, mereka menjalankan model mereka menggunakan sublimasi untuk memberikan es perbedaan panas, dan menjalankan versi kedua dari model yang hanya memberikan gradien suhu ke es. Dalam kasus terakhir, poligon terbentuk, tetapi mereka tampak berbeda dari pada Pluto. Mungkin yang paling signifikan adalah bahwa puncaknya berada di dekat tepi poligon daripada di tengah. Sebaliknya, ketika sublimasi digunakan, segala sesuatunya tampak sangat mirip dengan Pluto.

Dengan mencoba berbagai parameter, tim dapat menentukan bahwa bahan yang sangat kental akhirnya dibiarkan berdiri karena hanya sedikit bahan segar yang mencapai permukaan. Jika viskositas terlalu rendah, model belum membentuk area dengan kontras yang signifikan, sehingga tidak ada area batas yang dapat dikenali.

Pengamatan evolusi poligon menunjukkan bahwa mereka secara bertahap muncul dari ketidakstabilan acak dalam konveksi dan kemudian secara bertahap menata ulang menjadi arus ke bawah berbentuk pelat yang membentuk sisi poligon. Demikian pula, bulu-bulu kecil secara bertahap mengembun menjadi satu daya apung besar yang membentuk area pusat bulu-bulu.

Namun, sejauh mana sistem ini dapat berfungsi tergantung pada detail orbit Pluto, yang berubah selama jutaan tahun. Jadi ada kemungkinan bahwa fitur-fitur itu terbentuk dan hancur beberapa kali selama sejarah planet kerdil.

alam, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-04095-w (Tentang DOI).