Под ледником Плутона может течь жидкий азот: ученые нашли следы необычной активности

Среда, 12 августа 2026, 09:14

Просмотров: 1894

Когда аппарат New Horizons в 2015 году впервые показал Плутон в деталях, ученые увидели мир, оказавшийся намного сложнее ожидаемого. На поверхности карликовой планеты обнаружились горы из водяного льда, ледники, необычные равнины и геологически молодые участки почти без ударных кратеров. Теперь повторный анализ этих наблюдений указывает на еще более удивительную возможность: под знаменитым сердцевидным ледником Плутона может существовать жидкий азот, способный подниматься к поверхности и некоторое время течь по ней.

Исследование специалистов Юго-западного исследовательского института посвящено равнине Спутник — огромной ледниковой области, образующей западную часть светлого сердца Плутона. Ее поверхность состоит преимущественно из замерзшего азота с примесями других летучих веществ. Размеры ледника огромны, а толщина его льда в некоторых местах может достигать нескольких километров.

Особое внимание ученых привлекла северная часть равнины Спутник. На фотографиях New Horizons здесь хорошо заметны огромные многоугольные структуры, напоминающие ячейки. Их связывают с конвекцией азотного льда: относительно теплое вещество медленно поднимается из глубины, охлаждается у поверхности и затем опускается обратно. Этот процесс постоянно обновляет ландшафт и помогает объяснить необычайную молодость ледника.

Но между некоторыми конвекционными ячейками находятся узкие темные полосы и более крупные затемненные области. Раньше их происхождение оставалось неясным. Новый анализ предлагает неожиданное объяснение: поверхность могла быть смочена жидким азотом, который поднялся из-под ледника.

На первый взгляд сама идея жидкости на Плутоне выглядит парадоксально. Средняя температура поверхности карликовой планеты составляет примерно минус 230 °C, а атмосферное давление чрезвычайно низкое. В таких условиях привычная нам вода существует в виде твердого льда, а азот покрывает поверхность огромными замерзшими массивами. Атмосферные условия также не позволяют объяснить наблюдаемые структуры обычным дождем из жидкого азота.

Однако внутри толстого ледника физические условия совершенно другие. Давление возрастает с глубиной, а тепло из недр Плутона и механические процессы внутри движущегося льда потенциально способны изменить состояние вещества у основания ледника. Компьютерные модели показывают, что при определенных условиях нижние слои азотного льда могут частично плавиться.

Исследователи предполагают существование процесса, напоминающего базальное таяние земных ледников. На Земле жидкая вода нередко образуется под километровыми толщами льда благодаря сочетанию давления, геотермального тепла и трения. Она движется по каналам под ледником, иногда достигает поверхности и заметно меняет внешний вид снега и льда.

Чтобы проверить эту аналогию, ученые сравнили снимки Плутона с изображениями ледяного щита Гренландии, полученными спутником Landsat 9. На земных ледниках участки, по которым проходит жидкая вода, выглядят темнее окружающего сухого снега и льда. Некоторые узкие темные структуры на равнине Спутник демонстрируют поразительно похожую морфологию.

Разумеется, сходство формы еще не доказывает одинакового происхождения. На Плутоне речь идет не о воде, а о совершенно другой криогенной системе. Тем не менее сочетание изображений и физических моделей позволило авторам предложить механизм, объясняющий наблюдаемые детали поверхности без необходимости существования жидких осадков.

Согласно модели, жидкий азот может образовываться у основания многокилометрового ледника. Затем давление и плавучесть способны заставлять его двигаться вверх через трещины и узкие каналы. Такие проходы можно условно сравнить с трубками, по которым на Земле движется магма или вода в гидротермальных системах, хотя физика происходящего на Плутоне существенно отличается.

После выхода на поверхность азот не обязательно мгновенно замерзает. При подходящих локальных условиях он может оставаться жидким достаточно долго, чтобы пройти некоторое расстояние вниз по небольшому уклону, смочить азотный лед и оставить темную полосу. Затем жидкость испаряется или снова замерзает, а измененная поверхность сохраняет след произошедшего.

Если эта интерпретация верна, перед нами могут быть первые признаки относительно недавнего течения жидкости на поверхности Плутона. Слово недавнего здесь необходимо понимать в геологическом смысле. Исследователи оценивают поверхность равнины Спутник как очень молодую, возможно моложе миллиона лет, поскольку конвекция постоянно перерабатывает верхние слои ледника. Следовательно, сохранившиеся на ней образования не могут быть чрезвычайно древними.

Это делает открытие особенно интригующим. После пролета New Horizons Плутон перестал выглядеть замерзшим реликтом ранней Солнечной системы. На нем обнаружили признаки действующих или сравнительно недавно действовавших геологических процессов, несмотря на расстояние около пяти миллиардов километров от Солнца.

Возможное существование жидкого азота добавляет новый механизм такой активности. На Земле геология поверхности в значительной степени связана с водой и расплавленными силикатными породами. На Плутоне их роль могут частично выполнять летучие вещества, которые при земных температурах являются газами. Азот, метан и угарный газ там способны образовывать льды, перемещаться по поверхности, участвовать в сезонных циклах и формировать огромные ледники.

Новая гипотеза может оказаться важной и для изучения других ледяных миров. Например, спутник Нептуна Тритон покрыт азотными льдами и демонстрирует активные гейзероподобные выбросы, обнаруженные еще аппаратом Voyager 2. Если базальное плавление азотного льда действительно возможно на Плутоне, сходные физические процессы потенциально могут действовать и на других холодных телах внешней Солнечной системы.

При этом авторы подчеркивают необходимость дальнейших исследований физики твердого азота. Поведение толстых слоев азотного льда при экстремально низких температурах, большом давлении, деформации и длительном механическом напряжении изучено значительно хуже поведения водяного льда. Лабораторные эксперименты помогут определить, действительно ли такие условия способны приводить к локальному плавлению и образованию подледных резервуаров.

Есть и другая проблема: New Horizons увидел Плутон только во время быстрого пролета. Аппарат не вышел на орбиту и не мог наблюдать, как поверхность меняется в течение месяцев или лет. Кроме того, значительная часть карликовой планеты не была снята с разрешением, достаточным для поиска подобных небольших структур.

Поэтому пока невозможно установить, является ли равнина Спутник уникальным местом или аналогичные процессы происходят в других районах. Будущая орбитальная миссия к Плутону могла бы повторно фотографировать одни и те же участки, искать изменения темных полос, измерять рельеф и химический состав поверхности и исследовать внутреннее строение карликовой планеты.

Если гипотеза подтвердится, знаменитое сердце Плутона окажется не просто гигантским неподвижным ледником. Под его поверхностью может существовать медленно работающая криогенная система, в которой азот плавится в глубине, движется через лед и иногда достигает поверхности. Это еще раз показывает, что даже на окраине Солнечной системы мир при температуре около минус 230 °C необязательно является геологически мертвым.