Gdzie jest lód na Ceres? Wyniki z sondy Dawn

Sonda Dawn określiła zawartość wodoru w górnym metrze powierzchni Ceres. Kolor niebieski wskazuje wyższą obfitość wodoru w pobliżu biegunów, podczas gdy kolor czerwony przedstawia niższą obfitość wodoru. Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSINa pierwszy rzut oka Ceres, największy obiekt pasa planetoid, może nie wyglądać na obiekt lodowy. Zdjęcia wykonane przez sondę Dawn przedstawiają ciemny, silnie pokryty kraterami glob, którego najjaśniejsze punkty powierzchni wykonane są z dobrze odbijających światło soli — nie lodu. Jednak najnowsze artykuły naukowe autorstwa naukowców z zespołu misji Dawn opisują dwa wyraźne dowody na obecność lodu na lub blisko powierzchni tej planety karłowatej. Badacze przedstawili wyniki swoich badań podczas spotkania American Geophysical Union w San Francisco.

„Nasze badania wspierają teorię, która mówi o tym, że lód oddzielił się od skał wcześnie w historii Ceres, dzięki czemu powstała bogata w lód skorupa, i ten właśnie lód pozostał blisko powierzchni przez całą historię Układu Słonecznego,” mówi Carol Raymond, zastępca głównego badacza misji Dawn z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie.

Lód wodny na innych planetach jest istotny ponieważ jest on niezbędnym warunkiem do powstania życia takiego jakie znamy. „Badając obiekty, które w zamierzchłej przeszłości były bogate w wodę, możemy odkrywać wskazówki co do tego, gdzie życie mogło istnieć we wczesnym Układzie Słonecznym,” mówi Raymond.

Powyższa animacja złożona ze zdjęć wykonanych przez sondę Ceres przedstawia krater na Ceres, który w części cały czas pozostaje w cieniu.
Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Lód jest wszędzie na Ceres

Wierzchnia warstwa skorupy Ceres bogata jest w wodór, przy czym wyższe jego stężenie znajduje się na obszarach bliższych biegunom niż równikowi.

„Na Ceres lód nie ogranicza się do jedynie kilku kraterów. Jest dosłownie wszędzie, przy czym na wyższych szerokościach geograficznych znajduje się bliżej powierzchni,” mówi Thomas Prettyman, główny badacz instrumentu GRaND.

Badacze korzystali z instrumentu GRaND przy określaniu obfitości wodoru, żelaza i potasu w górnym metrze powierzchni Ceres. Instrument GRaND mierzy liczbę i energię promieni gamma i neutronów emitowanych z Ceres. Neutrony emitowane są gdy promienie kosmiczne uderzają w powierzchnię Ceres. Niektóre neutrony pochłaniane są przez powierzchnię, podczas gdy inne z niej uciekają. Z uwagi na fakt, że wodór spowalnia neutrony, w jego otoczeniu mniej neutronów ucieka z powierzchni. Na Ceres wodór najczęściej stanowi składnik zamrożonej wody.

Zamiast jednorodnej warstwy lodu, powierzchnię Ceres stanowi porowata mieszanina materiału skalnego, w którym pory wypełnione są lodem wodnym. Dane z GRaNDa wskazują, że lód stanowi 10% masy materiału powierzchniowego.

„Powyższe wyniki potwierdzają przewidywania sprzed prawie trzydziestu lat, które mówiły, że lód mógł przetrwać miliardy lat tuż pod powierzchnią Ceres,” mówi Prettyman. „Dowody wzmacniają tezę mówiącą o obecności lodu wodnego blisko powierzchni, także na innych obiektach pasa głównego.”

Grafika przedstawia teoretyczną ścieżkę cząsteczki wody na Ceres. Niektóre cząsteczki opadają do zimnych, ciemnych kraterów, gdzie bardzo mała część lodu zamienia się w parę wodną, nawet na przestrzeni miliardów lat.
Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Życie wewnętrzne Ceres

Obfitość żelaza, wodoru, potasu i węgla przynosi kolejne dowody na to, że górna warstwa materii pokrywającej Ceres była zmieniana przez ciekłą wodę we wnętrzu Ceres. Naukowcy uważają, że rozpad pierwiastków radioaktywnych we wnętrzu Ceres zapewniał ciepło umożliwiające tego typu zmiany, w których Ceres uzyskiwał strukturę warstwową – ze skalistym wnętrzem i lodową zewnętrzną skorupą. Rozdzielenie lodu od skały doprowadziłoby do różnic składu chemicznego wnętrza i skorupy Ceres.

Z uwagi na fakt, że meteoryty z klasy chondrytów węglistych także były zmieniane przez wodę, naukowcy mają plany porównania ich z Ceres. Owe meteoryty prawdopodobnie pochodzą z obiektów mniejszych niż Ceres, jednak mimo wszystko mogą nam przynieść cenne wskazówki o historii wnętrza Ceres. Badania opublikowane w periodyku Science wskazują, że Ceres ma więcej wodoru i mniej żelaza niż te meteoryty, prawdopodobnie dlatego, że cięższe cząsteczki kierowały się ku wnętrzu, gdy zasolona woda gromadziła się na powierzchni. Mogło być też tak, że Ceres lub jej fragmenty powstały w innych obszarach Układu Słonecznego niż meteoryty.

Lód w wiecznym cieniu

Drugi artykuł naukowy, autorstwa Thomasa Platza z Instytutu Maxa Plancka w Getyndze w Niemczech opublikowany w periodyku Nature Astronomy, skupił się na kraterach bezustannie skrytych w cieniu, znajdujących się na północnej półkuli Ceres. Naukowcy dokładnie zbadali setki zimnych, ciemnych kraterów zwanych „zimnymi pułapkami” — temperatura wynosi w nich zaledwie 110K, dzięki temu bardzo mała część lodu zamienia się tam w parę wodną, nawet na przestrzeni miliardów lat. Badacze odkryli depozyty jasnej materii w dziesięciu z tych kraterów. W jednym z tych kraterów, częściowo zacienionym spektrometr podczerwieni potwierdził obecność lodu wodnego.

To wskazuje, że lód wodny może wciąż znajdować się w zimnych, ciemnych kraterach na Ceres. Lód w zimnych pułapkach wcześniej odkrywany był na Merkurym, a w kilku przypadkach na Księżycu. Wszystkie te ciała charakteryzują się niewielkim nachyleniem osi rotacji względem ekliptyki przez co ich bieguny są ekstremalnie zimne i usiane stale zacienionymi kraterami. Naukowcy uważają, że uderzające w nie ciała mogły dostarczyć lód na Merkurego i na Księżyc. Pochodzenie lodu odkrytego w zimnych pułapkach na Ceres jest bardziej tajemnicze.

„Jesteśmy ciekawi skąd ten lód tam się wziął i jak udało mu się przetrwać tak długo,” powiedział współautor Norbert Schorghofer z Uniwersytetu Hawajskiego. „Może pochodzić z bogatej w lód skorupy Ceres lub może pochodzić z przestrzeni kosmicznej.”

Niezależnie od pochodzenia, cząsteczki wody na Ceres mają zdolność przechodzenia z cieplejszych obszarów w kierunku biegunów. O delikatnej, zbudowanej z wody atmosferze mówiono już wcześniej, m.in. na podstawie obserwacji z Kosmicznego Obserwatorium Herschel z lat 2012-13. Cząsteczki wody opuszczające powierzchnię opadają z powrotem na Ceres, czasami opadając w zimne pułapki.

Najjaśniejszy punkt na powierzchni Ceres, znajdujący się w kraterze Occator na półkuli północnej zawdzięcza swoją jasność nie lodowi, a dobrze odbijającym światło solom. Nowe video stworzone przez DLR w Berlinie  stanowi symulację lotu nad kraterem. Centralna, jasna kropka w kraterze Occator otrzymała niedawno nazwę Cerealia Facula. Grupa nieco mniej jaśniejszych kropek na wschód od centrum krateru z kolei nosi nazwę Vinalia Faculae.

„Unikalne wnętrze krateru Occator mogło powstać wskutek kombinacji różnych aktualnie badanych procesów,” mówi Ralf Jaumann, planetolog i badacz misji Dawn w DLR. „Zderzenie, które doprowadziło do powstania krateru spowodowało uwolnienie cieczy z wnętrza Ceres, po której pozostały depozyty soli.”

Najbliższe plany sondy Dawn

Sonda Dawn rozpoczęła kolejną fazę swojej misji w lipcu br, i aktualnie znajduje się na eliptycznej orbicie ponad 7200 kilometrów nad powierzchnią Ceres. W trakcie swojej głównej misji, sonda Dawn zrealizowała wszystkie pierwotne cele misji przy Ceres i protoplanecie Westa, którą sonda badała od lipca 2011 do września 2012 roku.

Źródło: NASA