منظر طبيعي مهيب: نموذج جديد يشرح سهول بلوتو المتعرجة

كانت التوقعات الخاصة بالجيولوجيا النشطة على بلوتو منخفضة جدًا قبل وصول مسبار نيو هورايزونز. لكن الصور التي عادت من الكوكب القزم كشفت عن عالم من الجبال والتلال و … أشياء متكتلة غريبة ليس لها مثيل أرضي واضح. كان سهل سبوتنيك بلانيتيا من أكثر الأشياء الغريبة بروزًا ، حيث كان مليئًا بالنيتروجين الجليدي الذي تم تقسيمه إلى أشكال متعددة الأضلاع مفصولة بأخاديد يبلغ عمقها عشرات الأمتار.

سرعان ما توصل العلماء إلى تفسير جزئي لهذه الهياكل: الحمل الحراري ، حيث تتسبب الاختلافات في الحرارة في تدفق جليد النيتروجين الأعمق والأكثر دفئًا عبر المادة اللينة باتجاه السطح. تكمن المشكلة في عدم وجود مصادر حرارة واضحة في عمق الكوكب. الآن ، ومع ذلك ، تقترح مجموعة من الباحثين الأوروبيين أن الحمل الحراري يمكن أن يكون مدفوعًا بتبريد السطح ، بدلاً من الحرارة من باطن الكوكب. السر هو تسامي جليد النيتروجين مباشرة إلى أبخرة.

تفتقر للحرارة

من الصعب شرح التكوينات الموجودة على الأجسام الصغيرة الجليدية مثل بلوتو لأن العلماء يتوقعون أنها تفتقر إلى مصادر الحرارة التي تحرك الصفائح التكتونية ، مثل تلك الموجودة على الأرض. هذه الأجسام الجليدية صغيرة بما يكفي لدرجة أن الحرارة المتولدة عن الاصطدامات التي سببتها ، وكذلك الكوكب القزم ، تبددت منذ فترة طويلة. وليس لديهم ما يكفي من المواد المعدنية للنظائر المشعة لتوفير توليد الحرارة المستمر. الاستثناءات القليلة لهذا ، مثل يوروبا وإنسيلادوس ، يتم تسخينها من خلال تفاعلات الجاذبية مع الكواكب العملاقة التي تدور حولها ، ولكن هذا ليس خيارًا بالنسبة لبلوتو أيضًا.

على هذا النحو ، من الصعب إيجاد مصدر كبير للحرارة لا يزال موجودًا بعد مليارات السنين من تكوين النظام الشمسي. وهذه مشكلة بالنسبة لفكرة الحمل الحراري. هنا على الأرض ، يكون الحمل الحراري الداخلي للكوكب مدفوعًا بالحرارة المتسربة من نواة الكوكب. وهذا الحمل الحراري بدوره يدفع النشاط البركاني على السطح. بدون هذا النوع من الحرارة ، من الصعب أن نرى كيف يمكن للحمل الحراري أن يقود الميزات التي نراها على بلوتو.

كانت البصيرة التي توصل إليها الفريق الأوروبي هي أنه ليس الحرارة المطلقة هي اللازمة بالضرورة لدفع الحمل الحراري. وبدلاً من ذلك ، فإن الاختلاف في درجة الحرارة هو المهم (جنبًا إلى جنب مع قدرة المادة المعنية على التشوه). لذا ، فإن طريقة تبريد السطح يمكن أن تكون فعالة مثل طريقة تدفئة الداخل.

وكان هناك مرشح واضح لذلك. عندما تدفئها الشمس ، تتبخر كمية صغيرة من جليد النيتروجين إلى غاز في عملية تسمى التسامي. وفي هذه العملية ، تأخذ جزيئات النيتروجين التي تهرب معها بعض حرارة الجليد ، مما يوفر قدرًا صغيرًا من التبريد. إنه ليس على أساس كل ذرة ، لكن Sputnik Planitia عبارة عن مستوى شاسع من الجليد ، وقد مر عليها مليارات السنين للخضوع للتسامي.

بالإضافة إلى ذلك ، أوضح الباحثون بالفعل ميزات أخرى على بلوتو قد تنتج عن طريق التسامي.

نموذج سامي

من الواضح أنه لا يمكننا التوجه إلى بلوتو لتحديد ما إذا كان النيتروجين يتصاعد عن السطح. لذا بدلاً من ذلك ، بنى فريق البحث نموذجًا للحمل الحراري واستخدم بعض القيم المادية المعقولة لخصائص جليد النيتروجين وكمية الطاقة المتاحة له. في حالات أخرى ، قاموا بتنويع المعلمات عبر نطاق لمعرفة القيم التي قد تؤدي إلى سلوك مختلف.

كاختبار أول ، قاموا بتشغيل نموذجهم باستخدام التسامي لتوفير فرق حرارة للجليد وأجروا نسخة ثانية من النموذج الذي قدم ببساطة تدرجًا لدرجة الحرارة للجليد. في الحالة الأخيرة ، تشكلت المضلعات بالفعل ، لكنها بدت مختلفة عما نراه على بلوتو. ولعل الأهم من ذلك ، أن نقاطها المرتفعة كانت بالقرب من حواف المضلعات ، وليس في المركز. على النقيض من ذلك ، عندما تم استخدام التسامي ، بدت الأشياء إلى حد كبير مثل بلوتو.

من خلال اختبار المعلمات المختلفة ، كان الفريق قادرًا على تحديد أن المواد عالية اللزوجة ينتهي بها الأمر إلى التوقف حيث أن القليل من المواد الطازجة تجد طريقها إلى السطح. بالنسبة إلى اللزوجة المنخفضة جدًا ، انتهى الأمر بالفشل في تشكيل أي مناطق ذات تباين كبير بينها ، لذلك لا توجد مناطق حدودية ظاهرة.

تشير مشاهدة المضلعات وهي تتطور إلى ظهورها تدريجيًا من عدم استقرار عشوائي في الحمل الحراري ثم إعادة تنظيمها تدريجيًا إلى مسافات شبيهة بالصفائح تشكل جوانب المضلعات. وبالمثل ، تتكثف الأعمدة الصغيرة تدريجيًا في الموجة الصاعدة الكبيرة المنفردة التي تشكل المنطقة الوسطى من العمود.

ومع ذلك ، فإن الدرجة التي يمكن أن يعمل بها هذا النظام تعتمد على تفاصيل مدار بلوتو ، وهي التفاصيل التي تتغير على مدى فترات تمتد لملايين السنين. لذلك من الممكن أن تكون السمات قد تشكلت وتلاشت عدة مرات خلال تاريخ الكوكب القزم.

طبيعة سجية، 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-04095-w (حول DOIs).