Tajemnice lodowych wulkanów na Ceres

Ceres. Źródło: NASA/JPL

Na przestrzeni ostatnich 4,5 miliarda lat, co roku lodowe wulkany na powierzchni planety karłowatej Ceres emitowały wystarczająco dużo materii, aby wypełnić nią kino – wskazują najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Arizony.

Badania przeprowadzone przez Michaela Sori, planetologa z UA stanowią pierwszą próbę oszacowania skali aktywności kriowulkanicznej na podstawie obserwacji. Wyniki badań pozwalają rozwiązać tajemnicę braku gór na Ceres.

Odkryty w 2015 roku przez sondę Dawn, 5-kilometrowej wysokości wulkan lodowy Ahuna Mons samotnie wznosi się nad równą i gładką powierzchnią Ceres. Wciąż geologicznie młoda góra ma najwyżej 200 milionów lat, co oznacza, że choć już nie jest aktywnym wulkanem, to była aktywna w niedawnej przeszłości.

Młody wiek i samotność Ahuna Mons stanowią swego rodzaju zagadkę. Mało prawdopodobne wydawało się, aby Ceres pozostawała uśpiona przez eony, po czym nagle doszło na niej do erupcji w jednym miejscu. Skoro jednak na powierzchni Ceres mogły być też inne wulkany lodowe, to gdzie one są teraz? Dlaczego Ahuna Mons jest tak bardzo samotna?

W artykule opublikowanym w ubiegłym roku Sori wraz ze współpracownikami doszli do wniosku, że dowody istnienia starszych wulkanów na powierzchni tej planety karłowatej zostały wymazane z czasem w naturalnych procesach. Lepkie materiały takie jak miód czy szpachla mogą przyjmować kształt gęstej, bezkształtnej masy, ale z czasem ciężar tej masy sprawia, że przyjmuje ona coraz bardziej płaski kształt.

“Skały tego nie robią w normalnym zakresie temperatur czy skalach czasowych, ale lód już tak” mówi Sori.

Ponieważ Ceres zbudowana jest zarówno ze skał jak i lodu, Sori przyjął teorię mówiącą, że formacje na powierzchni planety karłowatej płyną i przemieszczają się pod wpływem własnego ciężaru, podobnie do lodowców na Ziemi. Skład chemiczny i temperatura formacji wpływałaby wtedy na szybkość wtapiania się takiej formacji w otaczający krajobraz. Im więcej lodu w formacji, tym szybciej się ona rozmywa; im niższa temperatura, tym wolniej.

Choć temperatura na Ceres nigdy nie sięga wyżej niż -35 stopni Celsjusza, to jednak zależna jest ona od położenia na powierzchni.

“Bieguny Ceres są na tyle zimne, że jeżeli postawimy tam górę lodu, to ona się nie rozpłynie” mówi Sori. “Jednak na równiku jest na tyle ciepło, że góra lodu z czasem (mówimy tu o skali geologicznej) może stopić się z otoczeniem”.

Symulacje komputerowe wykazały, że teoria Sori jest wiarygodna. Modelowe kriowulkany na biegunach Ceres pozostawały zamarznięte przez całą wieczność. Na innych szerokościach modelowe wulkany zaczynały swoje życie jako wysokie i strome góry, ale z czasem ich wysokość malała, a powierzchnia podstawy rosła.

Aby sprawdzić czy wnioski z symulacji faktycznie można zastosować do Ceres, Sori przeanalizował topograficzne obserwacje wykonane za pomocą sondy Dawn, która krąży wokół Ceres od 2015 roku, poszukując w nich formacji powierzchniowych, które zgadzałyby się z modelami.

Na dwóch i pół milionach kilometrów kwadratowych powierzchni Ceres, Sori wraz ze współpracownikami znalazł 22 góry (włącznie z Ahuna Mons), które wyglądały dokładnie tak jak przewidywały to symulacje.

“Naprawdę ekscytującym faktem, który sprawił, że stwierdziliśmy, że możemy mieć rację, jest to, że odkryliśmy tylko jedną górę na biegunie” mówi Sori.

Choć jest ona stara i pokryta kraterami uderzeniowymi, biegunowa góra nazwana Yamor Mons charakteryzuje się kształtem przypominającym Ahuna Mons. Jej szerokość jest pięć razy większa od wysokości. Góry odkryte w innym miejscach na powierzchni Ceres mają znacznie wyższy stosunek szerokości do wysokości.

Dopasowując prawdziwe góry do modelowanych, Sori był w stanie określić wiek wielu z nich. Objętość wulkanów była szacowana na podstawie topografii, a łącząc ją z wiekiem poszczególnych formacji, badacze byli w stanie obliczyć tempo powstawania kriowulkanów na Ceres.

“Odkryliśmy, że na powierzchni Ceres powstaje jeden wulkan na średnio 50 milionów lat” dodaje Sori.

To średnio 10 000 metrów sześciennych materii kriowulkanicznej rocznie, czyli tyle co średnio cztery baseny olimpijskie. To niewiele w porównaniu do aktywności wulkanicznej na Ziemi, gdzie skaliste wulkany generują około 750 milionów metrów sześciennych materii rocznie.

Oprócz mniejszej wydajności, erupcje wulkaniczne na Ceres są znacznie łagodniejsze niż na Ziemi. Zamiast wybuchowych erupcji, kriowulkany tworzą lodowe odpowiedniki kopuł wulkanicznych – kriomagma, czyli słona mieszanina skał, lodu i innych substancji lotnych (np. amoniaku), wypływa z wulkanu i zamarza na powierzchni.  Większość wielkich w swoim czasie kriowulkanów na Ceres prawdopodobnie powstawała i znikała właśnie w ten sposób.

Źródło erupcji kriowulkanicznych na Ceres wciąż pozostają tajemnicą, ale przyszłe badania mogą przynieść nam jej rozwiązanie, bowiem oznaki lodowych wulkanów zauważono także na innych obiektach Układu Słonecznego takich jak Europa, Enceladus, Pluton czy Ceres.

Źródło: University of Arizona