Pluton po roku od bliższego poznania. Nowy wspaniały świat
Podczas tego bliskiego spotkania sonda zebrała ok. 50 gigabitów danych. Gdy tylko zakończyła tranzyt przez układ Plutona, nastawiła anteny na Ziemię i zaczęła nadawanie. Po kolejnych seriach zdjęć powierzchni można powiedzieć wiele o Plutonie, ale na pewno nie to, że panuje na nim nudny, jednostajny krajobraz (2). Jak skomentował to jeden z szefów programu badawczego zajmującego się danymi z sondy, Alan Stern z Southwest Research Institute w Boulder w amerykańskim stanie Kolorado, żadne znane ciało w Układzie Słonecznym nie jest w takim stopniu jak Pluton wypełnione różnorodnymi formacjami.
Mamy tam porozrzucane po powierzchni kratery i łańcuchy górskie zatrzymujące wielkie pola lodowe, składające się zarówno z lodu wodnego, jak i azotowego. Zadziwiają formacje przypominające znane z naszych pustyń wydmy. Ich obecność wydaje się czymś niezwykłym, bowiem atmosfera Plutona jest bardzo rzadka i wiatry nie mogą wywierać na elementy krajobrazu odpowiedniego ciśnienia. Okazało się też, że Pluton jest nieco większy, niż dotychczas myśleliśmy. Według zdjęć z New Horizons ma 2370 km średnicy, czyli ok. 2 km więcej, niż zakładano. Może się wydawać, że to niewiele, ale z punktu widzenia nauki różnica jest ogromna.
Większa średnica oznacza przede wszystkim mniejszą gęstość obiektu i inną strukturę. Zdaniem specjalistów z NASA pod powierzchnią Plutona znajduje się więcej lodu, a mniej skał niż szacowano.
Piękne zdjęcia Plutona powstały za pomocą kamer - Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI), wykonującej fotografie czarno-białe, oraz Ralph Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC), robiącej zarówno zdjęcia czarno-białe, jak i kolorowe. Pamiętajmy też, że New Horizons za pomocą pokładowej aparatury przeprowadza również rozmaite badania.
A sprzętu ma przy sobie sporo, o czym piszemy dalej w ramce dołączonej do naszego raportu.
Azotowe zlodowacenia
Pierwsze ze zdjęć przesłanych na Ziemię ukazało duży obszar - przypominający kształtem serce, który stał się odtąd w pewnym sensie firmowym znakiem Plutona. "Zobaczyliśmy przebogaty świat o zróżnicowanej i aktywnej geologii, egzotycznej chemii powierzchni, złożonej atmosferze, wchodzący w zastanawiające interakcje ze Słońcem i mający intrygujący system małych księżyców", powiedział Alan Stern podczas jednej z konferencji.
"Widzimy znaczące różnice w rozkładzie lodu lotnego na Plutonie, co wskazuje na fascynujące cykle parowania i kondensacji", wtórował mu Will Grundy z Obserwatorium Lowella w Arizonie, główny autor artykułu w "Science" opublikowanego w marcu 2016 r. "Cykle te są o wiele bogatsze niż na Ziemi, rebo nie ma tam tylko jednej substancji, która skrapla się i paruje - jak woda. Współdziałają one ze sobą w sposób, którego nie jesteśmy jeszcze w stanie w pełni zrozumieć i ocenić efektów na całej powierzchni."
Sonda New Horizons wyśledziła kilka obiektów na powierzchni Plutona, które dowodzą istnienia przed milionami lat - a może nawet miliardami (gdy atmosfera charakteryzowała się dużo wyższym ciśnieniem niż obecnie, a klimat na powierzchni był znacznie cieplejszy) - ciekłych substancji, które mogły pływać po powierzchni tego odległego globu.
Przedstawiony na zdjęciach z sondy obiekt (3) wydaje się być zamarzniętym jeziorem niegdyś ciekłego azotu, znajdującym się w pasmie górskim na północ od obszaru nieformalnie zwanego Sputnik Planum. W najszerszym punkcie jezioro rozciąga się na 30 km. "Oprócz tego widzimy pozostałości po kanałach, w których mogły płynąć w przeszłości ciekłe substancje", wyjaśnia Stern.
Naukowcy odkryli, że atmosfera tej karłowatej planety składa się z wielu warstw mgiełki, i to zarówno chłodniejszej, jak i bardziej zwartej niż wcześniej przypuszczano. "Unoszące się nisko nad powierzchnią Plutona opary są dla nas sygnałem, że pogoda zmienia się tam w cyklu dzień-noc, tak samo jak na Ziemi", mówił dwa miesiące po ubiegłorocznym spotkaniu z planetką Will Grundy. Wraz z innymi pobranymi w ostatnim czasie zdjęciami może to również stanowić jeden z dowodów na istnienie swego rodzaju cyklu wodnego - podobnie jak na naszej planecie. Tam jednak w atmosferze krąży nie woda, a azot.
"Nie spodziewaliśmy się odkrycia cyklu zlodowaceń bazującego na azocie, przebiegającego w mroźnych warunkach na skraju Układu Słonecznego. Napędzany przez szczątkowe promienie słoneczne, jest bezpośrednio porównywalny do cyklu hydrologicznego na Ziemi, gdzie woda paruje z oceanów, spada jako śnieg na lodowce i z nich wraca do obiegu", dodawał na jednej z wielu konferencji Alan Howard, członek zespołu geologicznego misji New Horizons.
Metan jak woda
Łańcuch górski (4) ukazany na jednym z najnowszych zdjęć, z odległości 77 tys. km od powierzchni Plutona, wypiętrza się ostrymi klifami na wysokość do 3,5 km nad powierzchnię otaczających równin. Uczeni podejrzewają, że wzniesienia te są oparte na podłożu z lodu wodnego, bowiem lód metanowy, azotowy i z tlenku węgla jest za miękki do utrzymania tak wielkich gór. W dodatku chodzi o formację geologiczną stosunkowo młodą - szacuje się, że ma najwyżej 100 mln lat, co czyniłoby z niej jedne z najmłodszych masywów górskich w Układzie Słonecznym.
Łańcuch egzotycznych, pokrytych śniegiem gór rozciąga się przez ciemne obszary Plutona nazwane nieformalnie Cthulhu Regio. Biegnie wzdłuż połowy równika, zaczynając się na zachodzie od wielkich równin lodu azotowego (Sputnik Planum). Przy długości 3 tys. km i szerokości 750 km, Cthulhu jest nieznacznie większy od Alaski.
Pod względem wyglądu Cthulhu odróżnia się od reszty ciemną barwą. Naukowcy uważają, że kolor spowodowany jest przez warstwę ciemnych związków znanych pod nazwą tolinów. Powstają one, gdy metan, sublimując, unosi się na wysokość ok. 100 km. Na skutek oddziaływania promieni UV ze Słońca, cząsteczki metanu ulegają syntezie, tworząc etylen oraz acetylen. Cząsteczki te łączą się dalej w coraz cięższe węglowodory, nazywane właśnie tolinami. Opadają one następnie na powierzchnie planety, tworząc charakterystyczne czerwonawe regiony. Toliny znane są nam już z Tytana, księżyca Saturna - w odniesieniu do którego stawiano hipotezę, że mogą być nawet paliwem dla prostych mikrobów. Geologia regionu Cthulhu jest bardzo różnorodna - od górzystej po równinną, silnie pokrytą kraterami i pęknięciami. Pasmo znajduje się między kraterami, a kolejne szczyty oddzielają w nim od siebie jedynie wąskie doliny. Zbocza najwyższych szczytów pokryte są jasnym materiałem, który wyraźnie kontrastuje z ciemno-czerwoną barwą otaczających je równin. Naukowcy uważają, że ten jasny materiał to w przeważającej mierze metan, który zestalił się w lód na szczytach. "Fakt, że ten materiał pokrywa tylko górne fragmenty szczytów, sugeruje, iż lód metanowy może zachowywać się niczym woda w ziemskiej atmosferze, kondensując się jako szron na dużych wysokościach", powiedział mediom John Stansberry, członek zespołu naukowego New Horizons ze Space Telescope Science Institute w Baltimore, w stanie Maryland. Dane dotyczące składu chemicznego zebrane przez kamerę MVIC, wskazują, że położenie jasnego lodu na szczytach górskich odpowiada prawie dokładnie rozkładowi lodu metanowego, przedstawionego na zdjęciach w kolorze fioletowym (5).
Jasne równiny o szerokości 1 tys. km o nazwie Sputnik Planum pokryte są lodem z azotu i dwutlenku węgla. Na ich powierzchni praktycznie nie ma żadnych kraterów, co wskazuje na trwającą do czasów obecnych aktywność geologiczną. Tuż obok równin rozciągają się tereny silnie pokryte kraterami, będące świadkami zderzeń, których Pluton doświadczał przez miliony i miliardy lat. Krawędzie i wzgórza na tych obszarach są całkowicie pokryte lodem i szronem.
"Jednymi z najciekawszych obiektów są dwa wysokie nasypy z centralnymi zapadliskami, które wyglądają jak wulkany", mówi Ross Beyer, starszy naukowiec z SETI Institute. "Wright Mons ma wysokość ponad 3 km, a u podstawy jego średnica wynosi ponad 200 km (6). To mogą być kriowulkany, ale ustalenie tego jeszcze przed nami."
Wąż skąpany w wodzie
W zimie nadeszły z New Horizons kolejne zdjęcia, które sprawiły, że w mediach i w Internecie o Plutonie znów stało się głośno. Obrazy bowiem były jednocześnie zdumiewające i tajemnicze. Odkrywają przed nami wiele wcześniej niewidzianych szczegółów topograficznych. Jedno ze zdjęć, obecnie już okryte wielka sławą, pokazuje obszerne pęknięcia i nietypowe, liniowe krawędzie nazwane "skórą węża" (7).
"To niespotykany i zaskakujący krajobraz rozciągający się na setkach kilometrów", komentował na konferencji przejęty William McKinnon z zespołu misji New Horizons. "Na zdjęciu przypomina bardziej korę drzewa lub łuski smoka niż typowe cechy geologiczne. Sporo czasu zajmie nam wytłumaczenie wyglądu tego obszaru. Kto wie, może chodzi o połączenie wewnętrznych oddziaływań tektonicznych i sublimacji lodu."
Eksperci z NASA zbadali dane uzyskane za pomocą spektrometru LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), pozwalające na wykrycie wody i lodu, aby ocenić głębię ich lokalizacji i grubości. Stwierdzono, że pod warstwą metanowego, azotowe go i amoniakowego lodu znajdują się ogromne ilości wodnego lodu, które kształtują rzeźbę Plutona.
Instrument LEISA przeprowadził 14 lipca 2015 r. dwa skanowania z odległości ok. 108 tys. km od powierzchni. Dane pozwoliły wyciągnąć wniosek, że powierzchnia Plutona jest pokryta lodową wodą w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądzono. Prawie wszystkie obszary, z wyjątkiem biegunów oraz regionów Tombaugh ("serce" planety karłowatej swoją nazwę zawdzięcza astronomowi Clyde'owi Tombaughowi, który w 1930 r. odkrył Plutona) i Lowell, są pokryte grubą warstwą zamrożonej wody. Mapa nadesłana przez LEISA pokazuje, że lodowa woda znajduje się na połowie półkuli Plutona, obok której przeleciała sonda New Horizons - obszary te zostały zaznaczone na powierzchni na niebiesko (8).
Mapa wykazuje jednak bardzo małe ilości lodu wodnego na obszarach Sputnik Planum oraz Lowell Regio. To wskazuje na fakt, że przynajmniej w tych regionach lodowe podłoże Plutona jest dobrze ukryte pod grubą warstwą innych lodów - takich jak metan, azot czy tlenek węgla.
Lód wodny ma mniejszą gęstość w porównaniu z tym zdominowanym przez azot. Naukowcy uważają, że lodowe wzgórza płyną tam po oceanie lodowego azotu, tak jak znane nam góry lodowe na Arktyce. Kawałki lodowych wzgórz, odrywając się, płyną zgodnie z ruchem lodowca, tworząc swoiste łańcuchy oraz miejscowe skupiska. Te ostatnie powstają na skutek ruchów innych lodowców, poprzez ruchy lodowego azotu, które "zaganiają" potężne fragmenty lodu wodnego w jedno miejsce, zupełnie tak samo jak na ziemskiej wodzie gromadzą się często w jednym miejscu śmieci czy innego rodzaju pływające obiekty. Duże nagromadzenie odłamków lodu wodnego (60×35 km) obserwujemy w miejscu nazwanym Challenger Colles (Challenger - ku pamięci tragicznie zmarłej załogi promu Challenger) (9).
Geologiczna mozaika
Naukowcy z zespołu misji New Horizons stworzyli niedawno geologiczną mapę, która pozwala zrozumieć różnorodność form terenu i historię ewolucji powierzchni Plutona ( 10). Obejmuje fragment powierzchni o wysokości 2070 km, z rozległymi równinami lodu azotowego Sputnik Planum oraz otaczającymi je obszarami. Na mapę nałożono barwy, które odpowiadają różnym formom geologicznym. Każdy rodzaj terenu został zdefiniowany na podstawie tekstury i morfologii, np. gładki, popękany, poprzecinany pasmami wzgórz. Dokładność określenia danego fragmentu zależy bezpośrednio od rozdzielczości zdjęć danego obszaru. Cały obszar przedstawiony na tej mapie został zobrazowany przez sondę w skali 320 m na piksel lub lepszej - dlatego też naukowcy mogli stosunkowo dokładnie określić poszczególne elementy. Mapa oparta jest na dwunastu zdjęciach uzyskanych za pomocą instrumentu LORRI.
Niebieskie i zielonkawe fragmenty wypełniające środek mapy przedstawiają różne formy terenu widziane na Sputnik Planum, od komórkowych obszarów w centrum i na północy do gładkich równin na południu. Czarnymi liniami zaznaczono pęknięcia, które widoczne są między obszarami komórkowymi w lodzie azotowym. Kolorem fi oletowym oznaczono chaotyczne pasma górskie znajdujące się przy zachodnich granicach Sputnik Planum, a różowym - rozproszone, pływające wzgórza przy wschodniej krawędzi. Prawdopodobny kriowulkan Wright Mons to kolor czerwony w południowym rogu mapy. Poszarpane, chropowate wyżyny Cthulhu Regio przedstawione są na ciemnobrązowo przy zachodniej krawędzi, a znajdujące się w tym regionie żółte plamki oznaczają duże kratery impaktowe.
Poprzez badanie, w jaki sposób granice między poszczególnymi fragmentami oddziałują ze sobą, naukowcy z zespołu misji New Horizons mogą spróbować określić, które warstwy nachodzą na które, co pozwoli na stworzenie chronologii powstawania poszczególnych fragmentów. Dla przykładu, żółte kratery (po lewej stronie, przy zachodniej krawędzi mapy) musiały powstać po tym, jak uformowały się otaczające je tereny.
Spowity przez błękit "żywy świat"
Atmosfera wokół Plutona jaśnieje w postaci pięknej błękitnej aureoli (11). To samo zjawisko widziane jest również z powierzchni tej planetki. Tak przynajmniej twierdzą naukowcy z NASA, którzy opublikowali nowe zdjęcie nadesłane przez sondę New Horizons i podkreślają, że widoczne na nim barwy w określonych pozycjach widziałby człowiek.
Wspominany wcześniej podział metanu powoduje powstawanie bardziej złożonych węglowodorów gazowych, takich jak etylen i acetylen. Węglowodory te opadają do niższych, chłodniejszych warstw plutońskiej atmosfery, gdzie skraplają się, a następnie zamarzają w bardzo drobne cząstki lodu, przypominające z wyglądu diamentowy pył. Promieniowanie ultrafi oletowe przekształca go w specyfi czną mgiełkę tolinową. Błękitne zabarwienie mgiełki nad Plutonem to rezultat załamania światła słonecznego w drobinach tolinu lub samego azotu.
Innym odkryciem są "łaty" z wodnego lodu, które wydostają się w niektórych miejscach na powierzchnię, choć zwykle przykryte są lodem z azotu lub metanu. Mają jasnoczerwone zabarwienie, czego uczeni na razie nie potrafi ą wyjaśnić, więc pojawia się coraz więcej zagadek. Atmosferę naukową jeszcze bardziej podgrzał jeden z naukowców zespołu New Horizons. Podczas wykładu na Uniwersytecie Alberty w Kanadzie powiedział o Plutonie: "Ten świat żyje". Miał na myśli zmiany pogodowe, atmosferyczne i geologiczne, ale na dokładkę dodał intrygujące: "NASA nie pozwoli mi powiedzieć tego, co chcę powiedzieć…". To ostatnie zdanie rozbudziło falę spekulacji na temat możliwych form życia na Plutonie.
Naukowcy misji odkryli, że warstwy mgieł w azotowej atmosferze Plutona różnią się jasnością w zależności od oświetlenia i punktu patrzenia. Najlepiej widoczne są na zdjęciach wykonanych przez sondę New Horizons już po przelocie w pobliżu Plutona, gdy oddalała się od niego. Wykonała wtedy fotografi e atmosfery podświetlonej przez promieniowanie słoneczne. Na wykonanych za pomocą kamery LORRI zdjęciach zarejestrowała kilkukrotnie, w odstępie do 5 godzin, mgły unoszące się nad określonym obszarem geografi cznym. Jasność warstw różniła się o 30%, chociaż wysokość warstw nad powierzchnią pozostawała taka sama.
Wiosną 2016 r., m.in. w magazynie "New Scientist", pojawiły się sugestie, że niektóre z owych struktur widocznych w mglistej atmosferze Plutona mogą być chmurami. Ma tego dowodzić zdjęcie dołączone do e-maila wysłanego przez naukowca z Southwest Research Institute, Johna Spencera, w którym oznaczył on szczególnie jasne fragmenty atmosfery. "Na pierwszym zdjęciu widać wyjątkowo jasny łuk na niskiej wysokości nad południowo- wschodnim Sputnikiem Planum oraz delikatną chmurę na tle oświetlonej przez Słońce powierzchni Krun Macula", napisał w e-mailu (12).
W przeciwieństwie do chmur na Ziemi, te na Plutonie nie składałyby się z wody - najprawdopodobniej tworzyłyby je drobinki lodu azotowego, metanowego i innych związków tego typu. Chmury odróżniają się od mgieł tym, że w przeciwieństwie do bardzo rozmytych i rozległych warstw unoszących się cząstek są bardziej skoncentrowane, ograniczone rozmiarowo i dużo bardziej krótkotrwałe. Gdyby posiadane informacje się potwierdziły, oznaczałoby to, że po raz pierwszy udało się zidentyfi kować na Plutonie chmury.
Księżyce też zadziwiają
Od lipca 2015 r. poznaliśmy bliżej nie tylko Plutona. Przyjrzeliśmy się również nieco jego kosmicznemu towarzystwu. Wkrótce po przelocie przez układ NASA opublikowała dokładne zdjęcia największego satelity Plutona - Charona (13). To o tyle nietypowy księżyc, że jest relatywnie bardzo duży w odniesieniu do rozmiarów ciała, wokół którego krąży. Ma 1214 km średnicy, czyli ok. połowę średnicy Plutona. Oba ciała niebieskie stanowią w rzeczywistości podwójną planetę - dwa obiekty o porównywalnych rozmiarach krążące wokół wspólnego środka masy.
Największy satelita Plutona również zaskoczył zróżnicowaniem formacji na powierzchni, spośród których najbardziej wyróżnia się czerwonawa "posypka" na północnym biegunie. Barwa tego regionu spowodowana jest obecnością wspomnianych już wcześniej tolinów. "W przeciwieństwie do Plutona, powierzchnia Charona jest dość stara i jednorodna. W większości pokrywa ją lód wodny z niewielką domieszką amoniaku. Charon nie jest aż tak aktywny geologicznie jak Pluton", mówiła mediom Cristina Dalle Ore, naukowiec z SETI.
Uwagę zwraca ogromny kanion w okolicach równikowych, o długości 1800 km - to mniej więcej tyle samo, ile liczy sobie słynny Wielki Kanion Kolorado w USA. Zdaniem uczonych jest on pozostałością pęknięcia skorupy Charona, co z kolei sygnalizuje dramatyczne wydarzenia w przeszłości geologicznej ciała kosmicznego. Dokładniej mówiąc, naukowcy wyodrębnili dwa główne kaniony - pierwszy osiąga głębokość nawet do 7,5 km (Wielki Kanion Kolorado w najgłębszych miejscach nie ma nawet 2 km) i drugi, o głębokości 1,6 km.
Krajobraz tektoniczny Charona wskazuje na to, że w jakiś sposób uległ on w przeszłości rozciąganiu. W efekcie jego zewnętrzna powłoka popękała. Zewnętrzna warstwa Charona składa się głównie z lodu wodnego. W księżycowej młodości warstwa ta miała stosunkowo wysoką temperaturę - ciepła dostarczał rozpad pierwiastków radioaktywnych oraz wewnętrzne ciepło formowania tego ciała niebieskiego. Naukowcy uważają, że Charon mógł być na tyle ciepły, iż głęboko pod powierzchnią woda znajdowała się w stanie ciekłym. Wraz z ochładzaniem się księżyca, wewnętrzny ocean mógłby zamarzać, jednocześnie powiększając swoją objętość (tak jak wówczas, gdy zamarza woda w butelce) i podnosząc tym samym zewnętrzne warstwy księżyca, co spowodowałoby w efekcie masywne pęknięcia widoczne dzisiaj.
Cztery mniejsze księżyce - Styx, Nix, Kerberos i Hydra (14) - powstały najprawdopodobniej w tym samym czasie co Charon, wskutek potężnej kolizji. Niewielki, wydłużony satelita Hydra, o rozmiarach 45×30 km, odbija 45% padającego nań światła, a więc może być po prostu wielkim kawałem wodnego lodu. "Uważaliśmy, że małe księżyce będą przypominały Charona", mówił w wystąpieniu dla mediów Mark Showalter, starszy naukowiec z SETI Institute. "Wbrew naszym oczekiwaniom okazuje się jednak, że ich powierzchnia jest dużo jaśniejsza i starsza niż ich dużego brata."
Badaczy zdumiewa nietypowa charakterystyka rotacji tych księżyców, które szybko obracają się wokół mocno nachylonych własnych osi. "Grawitacyjne oddziaływanie ze strony Plutona powinno spowodować zmniejszenie prędkości obrotowej i zmianę orientacji osi obrotu. Tak się jednak nie stało", zauważa Showalter. Zespół misji New Horizons spekuluje, że za nietypową rotację odpowiadają zderzenia z obiektami spoza układu.
Lecimy dalej!
New Horizons stanowi część programu NASA o nazwie New Frontiers, zarządzanego przez Marshall Space Flight Center w Huntsville (Alabama). Sondę New Horizons zaprojektowało, zbudowało i operuje nią - jak również zarządza całą misją - APL (Applied Physics Laboratory), w imieniu Dyrektoratu Misji Naukowych NASA. Southwest Research Institute kieruje misją naukową i planowaniem nauki podczas przelotu sondy przez układ Plutona.
W wydanym 18 marca 2016 r. numerze "Science" można znaleźć wiele artykułów dotyczących badań Plutona i jego księżyców. Jak dotąd sonda New Horizons przesłała na Ziemię około połowę danych zebranych podczas ubiegłorocznego przelotu w pobliżu Plutona. Naukowcy oczekują, że jeszcze wiele zaskakujących informacji wciąż czeka na dotarcie do Ziemi.
New Horizons wyruszyła w tę daleką podróż 19 stycznia 2006 r. i przebyła ponad 4,8 mld kilometrów, aby zbliżyć się do Plutona. Jest on najważniejszym, ale nie ostatnim przystankiem na jej drodze. Sonda pędzi z prędkością prawie 14 km/s, więc zamiast ją wyhamowywać (co zresztą i tak byłoby raczej niemożliwe) i próbować wejść na orbitę planety karłowatej, postanowiono, że kosmiczny wehikuł poleci dalej. Już w we wrześniu ubiegłego roku NASA wskazała kolejny cel badawczy. Miałby to być obiekt znany jako 2014 MU69, znajdujący się w Pasie Kuipera. Licząc od Plutona, sonda ma do niego nieco ponad półtora miliarda kilometrów.
