Загадка Мордора: ученые пытаются понять темный северный полюс на Хароне
Если бы сам Плутон не оказался столь впечатляющим, когда зонд NASA «Новые горизонты» пролетел мимо него в прошлом году, нет никаких сомнений, что его большой спутник Харон заполучил бы больше поклонников. У этой интересной луны есть загадочное темно-красное пятно, «Пятно Мордора», которое растянулось через северный полюс. Но многие тела в Солнечной системе имеют полярные шапки или капюшоны, что угодно, и все они, в той или иной степени, представлены отражающим свет льдом или инеем. Но не темным пятном. Что же не так с Хароном? Новое исследование, опубликованное в Nature, предлагает ответ.
Одна из самых интересных особенностей Харона — это обширная система пропастей, которая пересекает середину обращенного к Плутону полушария и достигает максимальной глубины в 7,5 километров. Она говорит об эпохе потрясений, когда ледяную корку Харона разорвало изнутри, а сам спутник затем был частично затоплен лавой.
Поверхность Харона в основном грязная, состоит из серого льда, и красное пятно вокруг северного полюса выглядит как тонкая пленка, накрывшая, но не похоронившая основные топографические особенности, такие как кратеры.
Mordor Macula, «Пятно Мордора», напоминает цветом красные поля Плутона. Что сначала привело к предположениям об их сходном происхождении. Тем не менее красный материал Плутона представлен смолистыми молекулами толина, которые образуются в атмосфере, когда солнечный свет попадает в молекулы и делает их достаточно реактивными, чтобы слепиться вместе. Формируется дымка из частиц, которая оседает на землю. Но в отличие от Плутона у Харона нет никаких следов атмосферы, откуда же толин мог взяться на спутнике?
Молекулы Мордора
Новое исследование предлагает ответ. Зонд «Новые горизонты» обнаружил два вида молекул, утекающих с Плутона: метан и азот. Хотя азот является наиболее распространенным газом в атмосфере Плутона, метан легче и улетучивается примерно в 500 раз быстрее. Толины и их предшественники слишком тяжелые и не могут покинуть Плутон подобным образом, поэтому молекулы толина Харона должны быть каким-то образом сделаны из метана, поступающего с Плутона.
Харон вращается очень близко к Плутону, и довольно много сбежавшего с Плутона метана оседает на поверхности спутника. Если молекула метана попадает на ночную сторону Харона, она увязнет, особенно возле зимнего полюса, где температура весьма низкая (менее 30 градусов выше абсолютного нуля). Потому что при более низких температурах поверхности молекулы вибрируют медленнее и путешествуют в атмосфере медленнее, поэтому столкновения будут легкими. Но если молекула метана попадает на залитую солнцем часть поверхности, она отскочит и улетит в космос из-за слабой гравитации Харона (которая давно привела к потере атмосферы, если таковая вообще была).
Ультрафиолетовый солнечный свет, попадающий на молекулы метана, укрывающие поверхность Харона, может стимулировать фотохимические реакции, связывающие их во все более длинные молекулярные цепи с образованием толинов. Однако «уловка 22» в том, что молекула метана на холодной ночной стороне поверхности должна быть в состоянии развязаться в дневное время, когда температура растет до головокружительных -220 градусов по Цельсию — и улететь в космос навсегда. Поскольку никакого солнечного света ночью нет, молекулы метана не могут связаться вместе (и стать слишком массивными, чтобы уплыть) перед рассветом нового дня.
Но удивительно то, что новое исследование показывает: даже ночью, полюса Харона получают достаточно ультрафиолетового света, чтобы молекулы метана могли связываться воедино. Потому что межпланетная пыль в этом регионе рассеивает солнечный свет во всех направлениях, в том числе и ночной стороны Харона. После того, как молекула становится цепочкой из двух-трех метановых, связанных вместе, а если повезет, то и с азотом, она будет достаточно тяжелой, чтобы оставаться на поверхности даже в дневное время. Оставшуюся работу закончит обычный дневной солнечный свет, завершив процесс формирования толинов.
Но как насчет южного полюса? Может ли местоположения «Пятна Мордора» на северном полюсе Харона, где температура достаточно низка для создания холодных ловушек метана, быть случайным? Очевидно, нет. Но когда «Новые горизонты» пролетал мимо Харона, в южном полушарии спутника стояла зима, южный полюс был погружен во тьму, а ученые смогли изучить его по «сиянию Плутона» (солнечному свету, отраженному от Плутона). Разрешение полученных данных весьма низкое, но их достаточно, чтобы понять, что южный полюс Харона имеет такой же темно-красный материал на своей поверхности. Так что теперь на Хароне не один Мордор, а два.