Si ritiene che lo Sputnik Planitia (il lobo sinistro del "cuore" di Plutone) sia l'equivalente esterno del sistema solare di un "mascon" lunare (concentrazione di massa). Come masconi sulla Luna, Si ritiene che lo Sputnik Planitia sia un bacino da impatto, riempito di lave (su Plutone, i ghiacci criogenici prendono il posto delle lave). Credito:James Keane
Sputnik Planitia, un 1, bacino largo 000 chilometri all'interno dell'iconica regione a forma di cuore osservata sulla superficie di Plutone, potrebbe essere nella sua posizione attuale perché l'accumulo di ghiaccio ha fatto ribaltare il pianeta nano, creando crepe e tensioni nella crosta che indicano la presenza di un oceano sotto la superficie.
Pubblicato nel numero del 17 novembre di Natura , queste sono le conclusioni della ricerca di James Keane, uno studente di dottorato presso il Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona, e il suo consigliere, assistente professore Isamu Matsuyama. Propongono prove di un accumulo di azoto congelato che ha sconvolto l'intero pianeta, proprio come una trottola con un batuffolo di gomma attaccata, in un processo chiamato vero viaggio polare.
"Ci sono due modi per cambiare la rotazione di un pianeta, " Keane ha detto. "Il primo - e quello che tutti conosciamo meglio - è un cambiamento nel pianeta è un cambiamento nell'obliquità del pianeta, dove l'asse di rotazione del pianeta si sta riorientando rispetto al resto del sistema solare. Il secondo modo è attraverso il vero vagabondaggio polare, dove l'asse di rotazione rimane fisso rispetto al resto del sistema solare, ma il pianeta si riorienta sotto di esso."
Ai pianeti piace girare in modo tale da ridurre al minimo l'energia. In breve, questo significa che ai pianeti piace riorientarsi per posizionare qualsiasi massa extra più vicino all'equatore, e qualsiasi deficit di massa più vicino al polo. Per esempio, se un vulcano gigante dovesse crescere a Los Angeles, la terra si riorienterebbe per posizionare L.A. sull'equatore.
Per capire il vagare polare su Plutone, bisogna prima rendersi conto che a differenza della Terra, il cui asse di rotazione è solo leggermente inclinato in modo che le regioni intorno all'equatore ricevano più luce solare, Plutone è come una trottola sdraiata su un fianco. Perciò, i poli del pianeta ricevono più luce solare. A seconda della stagione, o è l'uno o l'altro, mentre le regioni equatoriali di Plutone sono estremamente fredde, tutto il tempo.
Perché Plutone è quasi 40 volte più lontano dal sole di noi, la pallina di roccia e ghiaccio impiega 248 anni terrestri per completare uno dei suoi anni. Alle basse latitudini di Plutone vicino all'equatore, le temperature sono quasi fredde come meno 400 gradi Fahrenheit, abbastanza freddo da trasformare l'azoto in un solido congelato.
Nel corso di un anno di Plutone, azoto e altri gas esotici si condensano sulle regioni permanentemente in ombra, ed eventualmente, mentre Plutone gira intorno al sole, quei gas ghiacciati si scaldano, diventare di nuovo gassoso e ricondensarsi dall'altra parte del pianeta, con conseguente "nevicata" stagionale sullo Sputnik Planitia.
Questa animazione mostra come Plutone si sia riorientato in risposta ai ghiacci volatili che riempiono lo Sputnik Planitia (il lobo sinistro del "cuore" di Plutone). Sputnik Planitia iniziò a nord-ovest della sua posizione attuale, e mentre si riempiva di ghiaccio, le maree di Caronte (la luna più grande di Plutone) hanno fatto riorientare l'intero pianeta nano, e allineare Sputnik Planitia con l'asse di marea di Plutone (la linea che attraversa Plutone e Caronte). Se Sputnik Planitia sta ancora accumulando ghiaccio, allora Plutone potrebbe essere ancora in fase di riorientamento. Credito:Animazione di James Tuttle Keane. Mappe di Plutone e Caronte della NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
"Ogni volta che Plutone gira intorno al sole, un po' di azoto si accumula nel cuore, " Keane ha detto. "E una volta che abbastanza ghiaccio si è accumulato, forse un centinaio di metri di spessore, comincia a sopraffare la forma del pianeta, che determina l'orientamento del pianeta. E se hai un eccesso di massa in un punto del pianeta, vuole andare all'equatore. Infine, in milioni di anni, trascinerà l'intero pianeta".
In un senso, Plutone è un pianeta (nano) la cui forma e posizione nello spazio sono controllate dal suo clima.
"Penso che questa idea di un intero pianeta trascinato in giro dal ciclo dei volatili non sia qualcosa a cui molte persone avevano davvero pensato prima, " ha detto Keane.
I due ricercatori hanno utilizzato le osservazioni fatte durante il flyby di New Horizons e le hanno combinate con modelli al computer che hanno permesso loro di prendere una caratteristica di superficie come Sputnik Planitia, spostalo sulla superficie del pianeta e guarda cosa fa all'asse di rotazione del pianeta. E abbastanza sicuro, nei modelli, la posizione geografica di Sputnik Planitia è finita sospettosamente vicino a dove ci si aspetterebbe che fosse.
Se lo Sputnik Planitia fosse una grande anomalia di massa positiva, forse dovuta al carico di ghiaccio di azoto, migrerebbe naturalmente all'asse di marea di Plutone rispetto a Caronte, la luna più grande di Plutone, quando si avvicina a uno stato di energia minima, secondo Keane e Matsuyama. In altre parole, il massiccio accumulo di ghiaccio finirebbe dove provoca la minima oscillazione nell'asse di rotazione di Plutone.
Questo fenomeno di vagabondaggio polare è qualcosa che è stato scoperto con la luna della Terra e con Marte, anche, ma in quei casi è successo in un lontano passato, miliardi di anni fa.
"Su Plutone, quei processi sono attualmente attivi, " disse Keane. "La sua intera geologia:ghiacciai, montagne, valli-sembra essere collegato a processi volatili. È diverso dalla maggior parte degli altri pianeti e lune del nostro sistema solare".
La struttura geologica sotto la superficie dello Sputnik Planitia, che si ritiene sia un antico bacino da impatto che da allora si è riempito di ghiacci volatili. Su Plutone, è possibile che la crosta assottigliata ricopra un oceano di acqua liquida. Credito:James Keane
E non solo, le simulazioni e i calcoli prevedevano anche che l'accumulo di volatili congelati nel cuore di Plutone avrebbe causato crepe e guasti nella superficie del pianeta nelle stesse identiche posizioni in cui li vedeva New Horizons.
La presenza di faglie tettoniche su Plutone suggerisce l'esistenza di un oceano sotto la superficie ad un certo punto della storia di Plutone, Keane ha spiegato.
"È come congelare dei cubetti di ghiaccio, " disse. "Mentre l'acqua si trasforma in ghiaccio, si espande. Su scala planetaria, questo processo rompe la superficie intorno al pianeta e crea i difetti che vediamo oggi".
Il documento è pubblicato insieme a un rapporto di Francis Nimmo dell'Università della California Santa Cruz e colleghi, che considerano anche le implicazioni per l'apparente riorientamento di Plutone. Gli autori di quel documento concordano con l'idea che le forze di marea potrebbero spiegare l'attuale posizione dello Sputnik Planitia, ma affinché il loro modello funzioni, un oceano sotto la superficie dovrebbe essere presente su Plutone oggi.
Entrambe le pubblicazioni sottolineano l'idea di un Plutone sorprendentemente attivo.
"Prima di Nuovi Orizzonti, le persone di solito pensavano ai volatili solo in termini di una sottile impiallacciatura di brina, un effetto di superficie che potrebbe cambiare il colore, o influenzare la geologia locale o regionale, " Ha detto Keane. "Che il movimento dei volatili e lo spostamento del ghiaccio intorno a un pianeta potrebbe avere un drammatico, l'effetto di spostamento del pianeta non è qualcosa che nessuno avrebbe previsto".
