«Поцелуй и захват» Плутона и Харона

Снимок Плутона и Харона во время поцелуя и пленения. Автор: Robert Melikyan and Adeene Denton.

Миллиарды лет назад в холодных внешних пределах нашей солнечной системы столкнулись два ледяных мира. Вместо того чтобы уничтожить друг друга в космической катастрофе, они закрутились вместе, как небесный снеговик, в конце концов разделившись, оставшись навсегда связанными на орбите. Так возникли Плутон и его крупнейший спутник Харон, согласно исследованию Университета Аризоны, которое бросает вызов десятилетиям научных предположений.

Исследование под руководством Адин Дентон, постдокторанта НАСА, проводившего исследование в Лаборатории лунных и планетарных исследований Университета Альберты, выявило этот неожиданный механизм «поцелуя и захвата», который может помочь ученым лучше понять, как формируются и развиваются планетарные тела. Рассмотрев то, что планетологи упускали из виду на протяжении десятилетий — структурную прочность холодных, ледяных миров — исследователи обнаружили совершенно новый тип космического столкновения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

На протяжении десятилетий ученые выдвигали теории о том, что необычно большой спутник Плутона Харон образовался в результате процесса, похожего на процесс формирования земной луны — массивного столкновения, за которым последовало растяжение и деформация жидкообразных тел, сказал Дентон. Эта модель хорошо работала для системы Земля-Луна, где интенсивное тепло и большие массы означали, что сталкивающиеся тела вели себя скорее как жидкости.

Однако применительно к меньшей и более холодной системе Плутон-Харон этот подход упускает из виду важный фактор: структурную целостность горных пород и льда.

«Плутон и Харон отличаются — они меньше, холоднее и состоят в основном из камня и льда. Когда мы учли фактическую прочность этих материалов, мы обнаружили нечто совершенно неожиданное», — сказал Дентон.

Используя передовые методы моделирования столкновений на высокопроизводительном вычислительном кластере Университета Альберты, исследовательская группа обнаружила, что вместо того, чтобы растянуться как пластилин во время столкновения, Плутон и прото-Харон на самом деле временно слиплись, вращаясь как единый объект в форме снеговика, прежде чем разделиться на двойную систему, которую мы наблюдаем сегодня.

Двойная система возникает, когда два небесных тела вращаются вокруг общего центра масс, подобно двум фигуристам, вращающимся, держась за руки.

«Большинство сценариев столкновения планет классифицируются как «удар и бегство» или «задевание и слияние». То, что мы обнаружили, — это нечто совершенно иное — сценарий «поцелуя и захвата», когда тела сталкиваются, ненадолго слипаются, а затем разделяются, оставаясь при этом гравитационно связанными», — сказал Дентон.

«Самое интересное в этом исследовании то, что параметры модели, которые работают для захвата Харона, в конечном итоге помещают его на правильную орбиту. Вы получаете две правильные вещи по цене одной», — сказал старший автор исследования Эрик Асфауг, профессор Лаборатории лунных и планетарных исследований.

Исследование также предполагает, что и Плутон, и Харон во время столкновения остались практически нетронутыми, сохранив большую часть своего первоначального состава.

Это бросает вызов предыдущим моделям, которые предполагали обширную деформацию и смешивание во время удара, сказал Дентон. Кроме того, процесс столкновения, включая приливное трение при разделении тел, вложил значительное внутреннее тепло в оба тела, что может обеспечить механизм для Плутона, чтобы развить подповерхностный океан без необходимости формирования в более радиоактивной очень ранней солнечной системе — временные ограничения, которые беспокоили планетологов.

Исследовательская группа уже планирует последующие исследования для изучения нескольких ключевых областей. Группа хочет изучить, как приливные силы повлияли на раннюю эволюцию Плутона и Харона, когда они были намного ближе друг к другу, проанализировать, как этот сценарий формирования согласуется с текущими геологическими особенностями Плутона, и изучить, могут ли подобные процессы объяснить формирование других двойных систем.

«Мы особенно заинтересованы в понимании того, как эта изначальная конфигурация влияет на геологическую эволюцию Плутона», — сказал Дентон. «Тепло от удара и последующие приливные силы могли сыграть решающую роль в формировании особенностей, которые мы видим на поверхности Плутона сегодня».

Больше информации: C. Adeene Denton, Capture of an ancient Charon around Pluto, Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-024-01612-0. www.nature.com/articles/s41561-024-01612-0

Источник: University of Arizona