Kővé fagyott jég, furcsa légkör: milyen égitest a Plútó az új eredmények fényében?

2015. augusztus 24.

A majdnem tíz éve úton lévő New Horizons 2015. július 14-én 12 500 km-re haladt el a törpebolygó mellett. Első adatai meglepően fiatal felszínű, változatos hegyvidékkel rendelkező, aktív égitestet mutattak, amelynek a felszínén viszonylag ritkák a nagy kráterek. Kereszturi Ákos, az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársának összefoglalója.

Egyértelműen sikeres volt a New Horizons űrszonda elhaladása a Plútó és holdjai mellett. (A még a találkozó előtt készült cikkünket itt olvashatja.) A közelítés során minden a tervek szerint zajlott, az űreszköz maradéktalanul végrehajtotta tervezett megfigyelési programját. Bár még csak néhány adatot sugárzott haza, az első képek is látványosak és meglepőek. Azok várakozása igazolódott be, akik érdekes, változatos objektumra számítottak – azonban a Plútó fiatalos és aktív megjelenése még közülük is sokakat meglepett.

A Charon (balra) és a Plútó (jobbra) képein egyértelmű a színkülönbség a két égitest között

A Charon (balra) és a Plútó (jobbra) képein egyértelmű a színkülönbség a két égitest között

 

Nagy kráterekben szegény felszín

Az első fontos megfigyelés a Plútó képeit tekintve talán a látványos eltérés a mi Holdunk kinézetétől. A nagybolygóknál kisebb égitestek (mint amilyen a Hold is) megjelenésében a kráterek dominálnak: minden holdképen temérdek krátert láthatunk. A Plútó esetében más a helyzet: kevés és viszonylag kicsi becsapódásnyom ismerhető csak fel rajta. Eszerint valamilyen folyamat eltörölte a korábbiakat, megfiatalította az objektum felszínét.

Azt azonban nehéz megbecsülni, hogy ez mikor történt. A Naprendszer belső térségében általánosan használják az ún. kráterstatisztikai alapú korbecslést: minél több és nagyobb kráter borít egy területet, annál idősebb a vidék. A módszer relatív becslésre ideális, tehát annak megállapítására, hogy két terület közül melyik az idősebb – az abszolút korok használatát a holdi kőzetminták segítéségével oldották meg, és kapcsolták adott krátersűrűséghez. Ennek megfelelően a belső Naprendszerre jellemző abszolút korokkal működik a rendszer. Feltehetőleg a Neptunusz távolságában is alkalmazható, de eltérés lehet a két térségben a becsapódások gyakoriságában, ezért a korbecslés tévedhet is.

A LORRI kamera felvétele a Plútóról. Nagy kráterekben szegény, változatos színárnyalatú felszínt látunk

A LORRI kamera felvétele a Plútóról. Nagy kráterekben szegény, változatos színárnyalatú felszínt látunk

Támpontot ad a krátersűrűség-alapú korbecsléshez a Neptunusz vagy az Uránusz holdjainak felszíne, az ott látható kráterek sűrűsége. Ezek arra utalnak, hogy valószínűleg nincs drasztikus különbség a Föld típusú bolygók és a legtávolabbi nagybolygók térsége között a becsapódási rátát és annak időbeli változását tekintve. Mindezek fényében egyelőre nehéz pontosan megbecsülni a Plútó felszínének korát. Biztosan annyit mondhatunk, hogy maga a felszín lényegesen fiatalabb lehet, mint például a mi Holdunk idős, úgynevezett felföldjei. A Plútó felszínének egyes kisebb területei pedig egészen fiatalok, akár 100 millió évesek is lehetnek – sőt az sem zárható ki, hogy több helyen ma is aktív felszínalakító folyamatok zajlanak.

Sejtes kinézetű, 20–60 km átmérőjű „cellaszerkezetek”, közöttük árkokkal, amelyekben a sötét foltok elszublimált jeget vagy felhalmozódó port mutatnak. Jobbra lent „apró” mélyedésekkel szabdalt területek láthatók, ahonnan a jég egy része szintén elszublimálhatott

Sejtes kinézetű, 20–60 km átmérőjű „cellaszerkezetek”, közöttük árkokkal, amelyekben a sötét foltok elszublimált jeget vagy felhalmozódó port mutatnak. Jobbra lent „apró” mélyedésekkel szabdalt területek láthatók, ahonnan a jég egy része szintén elszublimálhatott

A fent bemutatott, teljes korongot ábrázoló kép közepén megfigyelhető egy nagyobb, szív alakú folt. A területen, amelyet közben a Plútó felfedezőjéről Tombaugh-régiónak nevezték el, íves határvonalak mentén „cellakinézetű” alakzatok osztják hasonló nagyságú egységekre a felszínt. A mintázat, amelyet keskeny árkok közel 20 km-es egységekre darabolnak, részben a földi iszapos területek száradásos repedéseire emlékeztet. Egy másik népszerű modell szerint a hasonló alakzatok létrejöttét a konvekció, azaz a felszín alatti anyag áramlása magyarázza. A Tombaugh-régió nyugati részén szén-monoxid jeget sikerült azonosítani, amelynek koncentrációja a szív alakú terület belseje felé nő.

Változatos hegyvidék

Hegyvonulatok szép számmal mutatkoznak a Plútó felszínén, magasságuk néhol a 3,5 km-t is eléri. Néhány blokk közel szögletes alakú, ami arra utal, hogy töréses, tektonikus folyamatok hozták őket létre. A meredekebb hegytömbök peremén lejtős tömegmozgással, omlással keletkezett sávok látszódnak.

Megfigyelhetőek kevésbé meredek és talán alacsonyabb, összefüggő hegyvonulatok is, amelyek kinézete eltér a fentiekétől. Ezek nem külön blokkokból állnak, inkább egymásba kapcsolódó, néhol ívesen görbülő hajlatokból tevődnek össze, tetőszintjük pedig lapos, nem csúcsos. Furcsa, elnyúlt, párhuzamos mélyedések is sejthetőek rajtuk a felbontóképesség határán, amelyek valamilyen eróziós folyamatra utalnak. Néhol pedig nagy mélyedések is mutatkoznak az ilyen íves vonulatok között – eredetük egyelőre ismeretlen.

Sík területekkel körbevett hegyek a Plútón. A kép bal oldalán látható terület feltehetőleg azért sötét, mert elszublimált róla jég egy része. A felvételen több kisebb kráter is látszik

Sík területekkel körbevett hegyek a Plútón. A kép bal oldalán látható terület feltehetőleg azért sötét, mert elszublimált róla jég egy része. A felvételen több kisebb kráter is látszik

Kiterjedt síkságok is akadnak a Plútón, amelyeket néhol kisebb hegyek, máshol furcsa mélyedések szakítanak meg. Kinézetük alapján valamilyen folyamat töltötte fel őket azonos magasságig – ez talán vulkáni láva lehetett. A Naptól ilyen távolságban azonban nem a szilikátos kőzetek, hanem különféle jegek képeznek ún. kriolávákat. Itt főleg víz-ammónia keverékkel állhatunk szemben, amely igen nagy hidegben is folyékony marad.

Mindezek fölött több kilométer hosszú, egymással párhuzamos, sötétebb sávok is mutatkoznak a Plútón, amelyeket talán a ritka légkör áramlásai hoztak létre. Hasonló alakzatok a Neptunusz Triton holdján is megfigyelhetőek, ott a jégbe bevilágító napfény által felmelegített és elszublimáló nitrogéngáz kitörései hozzák létre őket, amelyekből sötétebb por hullik vissza a felszínre az uralkodó szélirány szerint. Ilyen folyamat és kapcsolódó képződmények elvben a Plútón is várhatóak.

Kővé fagyott víz

A korábbinál nagyobb felbontású felvételeken újabb részletek látszanak a törpebolygón. Sok kráter is azonosítható már – igaz, viszonylag kisebb méretűek és nem túl idősek. A képeken mutatkozó alakzatok értelmezése nem könnyű, ugyanis a jég szublimációja is erősen módosítja a felszín kinézetét, feltehetőleg sötét területeket hozhat létre rajta.

Színes felvétel a Tombaugh-régiónak nevezett világos, jeges alakzat környékéről

Színes felvétel a Tombaugh-régiónak nevezett világos, jeges alakzat környékéről

A LORRI kamera új képein a Sputnik Planum síkság peremvidékén (a szív alakzat nyugati részén) a jég morfológiája a fagyos anyag mozgására, áramlására utal. A kérdéses anyag nitrogén-, metán- vagy szén-monoxid-jég, esetleg ezek keveréke lehet. A Plútó hideg felszínén ezek a színképileg is azonosított jegek részben képlékenyek lehetnek, amelyek talán a földi gleccserekhez hasonlóan lassú, kúszó mozgást végeznek. A szilárd alapkőzetet a vízjég adja, amely az égitesten uralkodó nagy hidegben igen kemény.

A szív alakú Tombaugh-régió pereme. A nyilak a feltételezett jégáramlás útját mutatják

A szív alakú Tombaugh-régió pereme. A nyilak a feltételezett jégáramlás útját mutatják

Új információk a légkörről

A Plútó maga 2370 km átmérőjűnek adódott, ami majdnem megegyezik a korábbi becslésekkel, a többségüknél talán egy kicsit nagyobb. Ennek értelmében feltehetőleg a Plútó a ma ismert legnagyobb Kuiper-objektum, nem véletlen, hogy elsőként fedezték fel a térségben mozgó égitestek közül. A légköri gázok a megfigyelések alapján legalább 1600 km-nyire terjednek a felszín fölé, tehát a várakozásoknak megfelelően igen kiterjedt a nitrogénlégkör – korábban a felszíntől 270 km magasságig volt csak biztos nyoma a légköri gázoknak. Az atmoszféra ritka és hideg ionizált gázfelhője a Plútótól közel 10 ezer kilométer távolságig elnyúlik a Nappal ellentétes irányba.

A Plútó légköri sűrűségprofilja az ALICE műszer csillagfedéses mérései alapján

A Plútó légköri sűrűségprofilja az ALICE műszer csillagfedéses mérései alapján

A ritka gázburok helyzete a Plútó körül. A Napból érkező részecskeáramlat (napszél) egy lökéshullámfrontot, mögötte pedig egy lassult részecskéket tartalmazó zónát (vörös szín) hoz létre. A kék szín a Plútóról folyamatosan kiáramló gázanyagot jelzi

A ritka gázburok helyzete a Plútó körül. A Napból érkező részecskeáramlat (napszél) egy lökéshullámfrontot, mögötte pedig egy lassult részecskéket tartalmazó zónát (vörös szín) hoz létre. A kék szín a Plútóról folyamatosan kiáramló gázanyagot jelzi

Hét órával a legnagyobb közelítés után, a Plútó felé visszatekintve örökítette meg a LORRI kamera az égitest légkörét hátsó megvilágításban. A felvételen légköri köd mutatkozik a felszín felett mintegy 130 km-es magasságig, amelyben két sűrűbb réteget sikerült azonosítani 50 és 80 km magasságban. A köd anyaga az eddigi mérések alapján főleg etilén és acetilén:

Ködréteg a Plútó légkörében, hátsó megvilágításban. A felvétel készítése idején a szonda már 3 millió kilométerre eltávolodott az égitesttől

Ködréteg a Plútó légkörében, hátsó megvilágításban. A felvétel készítése idején a szonda már 3 millió kilométerre eltávolodott az égitesttől

Akárcsak a Szaturnusz Titan holdjánál, a Plútó esetében is feltehetőleg a felszíni jégből elszublimáló metánmolekulák esnek szét, majd állnak össze még hosszabb molekulaláncú szénhidrogénekké, létrehozva a légköri ködöt. Meglepő, hogy egy Kuiper-objektumnak ilyen kiterjedt légköre van, amely még szerkezetet is mutat. A vöröses árnyalatból ítélve a felszínen is mutatkozik szerves anyag. A felszínre a ködből kicsapódó hosszú molekulaláncú, sötét anyag is halmozódik.

A Plútó holdjai

A Plútó legnagyobb holdjának, a Charonnak a felszíne sem unalmas, az égitest egyébként a mérések alapján 1208 km átmérőjű. Itt is kevés kráter mutatkozott (akadt közöttük néhány látványos, sugársávos fiatal képződmény), de a nagy, idős kráterek itt is hiányoztak. Akadt ellenben legalább a fél égitesten átívelő repedésrendszer, hegyvonulatok és árkok sorozata. A sarkvidék területe sötétebb a többi vidéknél.

A Charon felszíne. A jobb oldali kinagyított kép közel 400 km hosszú területet mutat, itt már jó néhány kráter látszik. A fent látható hegy körül árokszerű, széles mélyedés mutatkozik

A Charon felszíne. A jobb oldali kinagyított kép közel 400 km hosszú területet mutat, itt már jó néhány kráter látszik. A fent látható hegy körül árokszerű, széles mélyedés mutatkozik

A kisebb holdak közül a Hydráról és Nixről publikáltak felvételeket. Ezeken sok részlet nem látszik, de az sejthető, hogy az objektumok alakja nem gömb. A Hydra nagyjából 43×33 km, míg a Nix szintén elnyúlt alakú, közel 35 km-es.

A Nix (balra) hamisszínes és a Hydra (jobbra) fekete-fehér képe

A Nix (balra) hamisszínes és a Hydra (jobbra) fekete-fehér képe

További hírek, videók a küldetésről:

A cikkünkben szereplő fotók, ábrák forrása: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), Southwest Research Institute (SwRI)