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Wie Pluto seinen geheimen Ozean warm hält

2020

Wissenschaftler haben in den letzten Jahren immer mehr Beweise dafür gesammelt, dass ein flüssiger Ozean von Wasser wahrscheinlich unter der eisigen Oberfläche von Pluto existiert - eine wilde Aussicht für einen Zwergplaneten, der die Sonne fast 40 Mal weiter entfernt umkreist als die Erde, wobei die Temperaturen unter Null sinken. 380 Grad Fahrenheit. Diese Umstände werfen eine heftige Frage auf: Wie könnte ein unterirdischer Ozean auf Pluto, sollte er wirklich existieren, möglicherweise ungefroren bleiben?

So wie eine Thermoskanne dazu dient, warmen Kaffee von den kalten Elementen der Außenwelt zu isolieren, behält auch Pluto seine eigenen Isolationstricks bei, um den globalen Ozean schön und geröstet zu halten (relativ gesehen). In einer am Montag in Nature Geoscience veröffentlichten Studie hat ein Team von Planetenwissenschaftlern gezeigt, dass sich wahrscheinlich eine Gasschicht direkt unter der eisigen Hülle der Oberfläche des Zwergplaneten befindet, die dem Ozean eine wärmende Isolierung verleiht und die Temperaturen hoch genug hält bleib flüssig. Die Ergebnisse helfen dabei, eine Reihe widersprüchlicher Rätsel zu lösen, und geben Wissenschaftlern möglicherweise die bisher beste Erklärung dafür, was sich unter der Oberfläche eines der exotischsten Himmelskörper des Sonnensystems zusammenbraut.

Wir haben keine direkten Beobachtungen des vermeintlichen unterirdischen Ozeans, aber es gibt zwei Hauptbeweise, die seine Existenz belegen. Erstens zeigen theoretische Berechnungen, dass der radioaktive Zerfall von Gesteinen in Pluto genügend Wärme erzeugen würde, um einen unterirdischen Ozean zu erhalten. Zweitens gibt es geologische Merkmale, die mit unterirdischen Ozeanen vereinbar sind, wie etwa Brüche, die durch Meeresfröste verursacht wurden.

Eine der eindrucksvollsten Regionen Plutos heißt Sputnik Planitia, ein großes Becken in der Nähe des Äquators, in dem sich der westliche Lappen der berühmten blassen „Herz“ -Oberflächenformation Plutos befindet. Becken bilden sich nicht in der Nähe von Äquatoren, es sei denn, sie sind Gebiete mit hoher Dichte. Da Sputnik Planitia ein Loch ist, muss sich die Masse unter der Erde befinden. und da eis weniger dicht als wasser ist, ist es sinnvoll, dass sich eine tiefe flüssigkeitslache unter einer dünnen eisschicht befindet. Wenn es also irgendwo auf Pluto ein unterirdisches Wasserreservoir gibt, ist Sputnik Planitia genau das Richtige für Sie.

Genau das dachte Shunichi Kamata - wenn Wissenschaftler zuerst einen Widerspruch lösen könnten. Kamata, Forscher an der japanischen Hokkaido-Universität und Hauptautor der neuen Studie, sagt, ein Ozean wäre ein Zeichen dafür, dass Plutos Inneres warm ist. Wenn das Innere warm ist, wäre die eisige Hülle des Planeten jedoch weich genug, um sich leicht zu verformen Dies erzeugt einen ausreichenden Eisfluss, in dem sich die Schale in eine einheitliche globale Form verwandeln kann. Die Existenz von Sputnik Planitia widersprach dieser Erwartung, und Kamata und sein Team wollten wissen, warum.

Francis Nimmo, ein Planetenforscher an der University of California in Santa Cruz und Mitverfasser der Studie, sagte, er und andere glaubten zuvor, die Existenz des Ozeans habe mit Ammoniakkonzentrationen zu tun, die dem Ozean Frostschutzeigenschaften verleihen und Eis verhindern fließen. »Das hat allen ein bisschen Unbehagen bereitet«, sagt Nimmo. Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass so viel Ammoniak verfügbar ist. Diese neue Studie war also ein Versuch, den Mangel an Eisfluss zu erklären, ohne viel Frostschutzmittel in den Ozean geben zu müssen

Kamata machte sich an die Arbeit, um ein Modell zu finden, mit dem alle unterschiedlichen Prozesse in Einklang gebracht werden konnten, und erkannte schließlich, dass seine Berechnungen das Vorhandensein von Gas berücksichtigen mussten.

„Isolierung“ ist zwar ein einfacher Weg, um zu verstehen, was vor sich geht, aber es ist nicht so, als würde das Gas nach dem gleichen Mechanismus arbeiten wie beispielsweise die Isolierung in Trockenbauwänden. Während sich Eis bildet, verfestigt sich seine Molekülstruktur und dehnt sich zu einer kristallinen Formation aus. Manchmal werden Gasmoleküle in „Käfigen“ aus Eis eingeschlossen, die als Clathrate bezeichnet werden. Wenn sich Clathrate bilden, erhöhen sie die Wärmedämmeigenschaften von Eis um das Zehnfache. Sie sind in der Lage, den Ozean warm und die eisige Schale kühl zu halten und so den Eisfluss zu verhindern.

"Clathrates sehen ziemlich wie normales Eis aus, aber wenn Sie sie anzünden, brennen sie ziemlich gut", sagt Nimmo. Es wird angenommen, dass die gasförmigen Moleküle in diesen Clathraten Methan sind, das hauptsächlich von Wasser umgeben ist. Die Clathrate bilden sich wahrscheinlich, wenn sie Methanmoleküle einfangen, die von unten aufsprudeln, wenn die Eisschale langsam dicker wird. "Woher die Gasmoleküle kommen, ist eine gute Frage", sagt er up.

Kamata, Nimmo und ihre Kollegen validierten die Modelle durch Computersimulationen, die die Entwicklung der Temperatur in Pluto sowie die Entwicklung der Form der eisigen Oberflächenschale berücksichtigten. Ohne die Clathrate wäre der Ozean vor einer Milliarde Jahren zugefroren, und die Eisschale wäre kurz darauf abgeflacht. »Es könnte sich in einen riesigen kometenähnlichen Körper verwandelt haben«, sagt Kamata. Stattdessen ist dieser Mechanismus eine gute Nachricht für die Zukunft des unterirdischen Ozeans, die es ihm ermöglicht, wahrscheinlich Milliarden von Jahren in der Zukunft flüssig zu bleiben und das Eis nagelfest zu halten.

Es ist eine großartige Erklärung, aber diese Modelle sind nur Modelle, keine Beweise. "Es gibt definitivere Tests, mit denen häufig unterirdische Ozeane entdeckt werden. Derzeit können wir jedoch keine davon durchführen, weil uns die Daten fehlen oder weil Pluto nicht kooperiert", sagt er Nimmo. "Zum Beispiel können Sie einen Ozean erkennen, indem Sie nach seiner magnetischen Induktionssignatur suchen", aber Pluto hat kein Magnetfeld. Oder Sie könnten nach einem Ozean suchen, indem Sie die gemessene Schwerkraft und Topographie vergleichen

Und selbst wenn es einen Ozean gibt, ist es noch schwieriger, den potenziellen Gaspuffer selbst zu untersuchen. Da es sich bei der Sputnik-Planitia um ein Gebiet mit Übermasse handelt, können wir Änderungen des Schwerefeldes um sie herum mit einem Orbitalinstrument messen. Und im Prinzip könnten wir uns das Gas durch die Eisschale vorstellen, wenn wir ein extrem leistungsfähiges Radarsystem hätten (etwas, das die zukünftige Europa Clipper-Mission besitzen wird, wenn sie den Jupiter-Mond untersucht). Und wir könnten sogar einen Hinweis auf die eingeschlossenen Clathrate bekommen, wenn wir die Gasmoleküle messen, die sich in Plutos Atmosphäre bewegen. Insgesamt ist es jedoch alles andere als einfach zu beweisen, dass sich eine Clathratschicht direkt unter einer 100-Meilen-Eisdecke befindet, die Milliarden von Meilen entfernt liegt.

Aber zumindest haben Wissenschaftler jetzt ein bisschen mehr Richtung, worauf sie sich konzentrieren möchten. Pluto versteckt etwas in seinem Inneren, und eine neue Ära der Weltraumwissenschaft muss früher oder später herausfinden, was es ist.

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