Djúpfrosinn dvergur sem iðar af fjöri

Dimmur, gagnfreðinn og líflaus – stjörnufræðingar gerðu sér ekki háar hugmyndir um Plútó en myndir frá New Horizons-farinu snúa þessum hugmyndum á hvolf. Setlög úr lífrænum efnum og sprungur í ísnum benda til að haf leynist undir yfirborðinu. Kannski þrífst jafnvel líf þarna í útjaðri sólkerfisins.

BIRT: 03/05/2022

LESTÍMI:

11 mínútur
Share on facebook

Spennan var nánast óbærileg. Klukkan níu að morgni 14. júlí 2015 beið forystumaður New Horizons-leiðangursins, Alan Stern, í stjórnstöðinni i Johns Hopkins-háskólanum í Maryland frammi fyrir 2000 boðsgestum.

 

Eftir níu ára ferð átti geimfarið nú að fara í nákvæmnisflug rétt fram hjá Plútó í fimm milljarða kílómetra fjarlægð frá jörðu. Þar eð geimfarið var á 52.000 km hraða gæti árekstur, jafnvel bara við eitt rykkorn, eyðilagt tveggja áratuga vinnu á sekúndubroti.

 

Skyndilega birtust fyrstu boðin frá geimfarinu. Örfáum sekúndum síðar voru öflugar tölvur farnar að afkóða boðin og einn af öðrum tilkynntu vaktmenn við stóra skjái að vísindalegu mælitækin um borð reyndust virka eins og til var ætlast. Öll sjö að tölu.

 

Þá brutust fagnaðarlætin út.

Fögnuður braust út í stjórnstöðinni í Johns Hopkins-háskóla þegar geimfarið sendi fyrstu boðin frá Plútó 2015. En nú hafa allar myndirnar verið greindar.

En ef Stern og aðrir vísindamenn í salnum hefðu strax þarna fengið vitneskju um allan þann fróðleik sem New Horizon á endanum skilaði eftir 24 tíma ferð sína fram hjá Plútó, hefðu fagnaðarlætin mögulega getað rifið þakið af húsinu.

 

Á næstu 16 mánuðum bárust smám saman 50 gígabæti af upplýsingum til stjórnstöðvarinnar. Hraðinn var nánast óþolandi lítill, aðeins einn kílóbiti á sekúndu. Ástæðan var annars vegar fjarlægðin og hins vegar takmörkuð raforka um borð.

 

Nú sjáum við bakhliðina

Strax fyrstu nærmyndirnar af framhlið Plútós sem sneri að geimfarinu, gjörbreyttu þekkingu vísindamannanna á þessari fjarlægu dvergplánetu vegna hágæða upplausnar sem sýndi allt niður í 75 metra stærð.

 

Fyrir daga New Horizons vissu menn lítið annað en að Plútó hefði örlítið rauðleitt yfirborð og ísþekjur á pólsvæðunum. Myndirnar frá geimfarinu afhjúpuðu fjallgarða, ísgosstöðvar og svo hinn gríðarstóra halastjörnugíg Sputnik Planitia þar sem er að finna jökla úr frosnu köfnunarefni.

 

Nú hafa vísindamennirnir loksins náð að vinna úr myndum frá bakhlið Plútós en þær tók geimfarið úr lengri fjarlægð dagana áður en leiðin lá fram hjá Plútó. Upplausnin er minni en á myndunum má samt sem áður greina allt sem nær tveggja kílómetra stærð en það er 250 sinnum meiri upplausn en á myndum frá Hubble.

Plútó sýnir sig frá öllum hliðum

Með hinum nýju myndum af bakhlið Plútós er loks hægt að sjá allan hringinn.

Í fyrsta sinn er nú unnt að skoða Plútó í heild og niðurstöðurnar eru vægast sagt allrar athygli verðar. Plútó er ekki sá gaddfreðni ísklumpur sem vísindamenn héldu, heldur hnöttur með jarðvirkni. Undir þykkri íshellu leynist innra haf sem hugsanlega gæti búið yfir lífverum.

 

Smærri en tunglið

Fram á síðustu öld höfðu menn ekki hugmynd um að Plútó væri til en um aldamótin 1900 komst bandaríski stjörnufræðingurinn Percival Lowell að þeirri niðurstöðu að óþekkt pláneta langt úti í sólkerfinu truflaði brautir Úranusar og Neptúnusar um sólina.

 

Þremur áratugum síðar tók ungur stjörnufræðingur, Clyde Tombaugh, eftir litlum bletti sem á nokkrum dögum færðist nær stjörnumerkinu tvíburunum. Hann hafði uppgötvað þessa óþekktu plánetu sem fékk nafnið Plútó eftir Pluton, dauðaguði Rómverja.

 

Í upphafi álitu menn að massi Plútós væri áþekkur massa jarðarinnar og það var ekki fyrr en 1978, þegar bandaríski stjörnufræðingurinn James Christy uppgötvaði tunglið Karon sem mögulegt varð að reikna massa Plútós sem aðeins reyndist vera 0,2% af massa jarðar.

 

Nákvæmt þvermál er 2.376 km og var ekki endanlega ákvarðað fyrr en út frá mælingum New Horizons.

Þrátt fyrir að New Horizons hafið flogið fram hjá Plútó á aðeins 24 tímum hafa myndir kannans veitt vísindamönnum algerlega nýja sýn á dvergplánetuna.

Plútó er sem sagt minni en tunglið og bæði vegna smæðarinnar og hinnar gríðarlegu fjarlægðar var þessi dvergpláneta að mestu órannsökuð áður en New Horizons flaug fram hjá í 12.500 km fjarlægð.

 

Sex km há ísfjöll

Vísindamennirnir óttuðust að fyrstu nærmyndirnar af Plútó myndu ekki sýna annað eyðiklöpp með ótal loftsteinagígum frá frumbernsku sólkerfisins. Þess í stað sýndu myndirnar hnött þar sem jarðvirkni jafnar út yfirborðið og hefur skapað óreglubundna fjallgarða úr ís ásamt margra kílómetra háum og hnífskörpum broddum úr frosnu metani.

 

Yfirborðshiti á Plútó er -233 °C og af þessum mikla kulda leiðir að vatnsísinn sem myndar grunnbergið, er ámóta harður og granít og fær um að mynda meira en 6 km há fjöll. Víða er yfirborðið þakið mýkri ís úr köfnunarefni sem líka er það efni sem mest er af í gufuhvolfinu.

 

Á Plútó eru gjár sem eru dýpri en hið bandaríska Miklagil (Grand Canyon), fjöll sem eru hærri en Everestfjall og ísgosstöðvar sem mögulega hafa gosið fljótandi vatni fyrir aðeins fáeinum milljónum ára.

 

Myndirnar sýndu líka skýr ummerki um tvo harkalega árekstra sem hafa skapað og formað dvergplánetuna. Sá fyrri varð fyrir meira en fjórum milljörðum ára þegar Plútó og tunglið Karon mynduðust við árekstur tveggja íshnatta.

Árekstur skapaði Plútó og tunglin

Fyrir meira en 4 milljörðum ára skullu saman tveir íshnettir og mynduðu Plútó og stóra tunglið Karon. Smátunglin fjögur urðu svo til úr miklu skýi úr bergi, ís og gasi sem þyrlaðist upp við áreksturinn. Hitinn sem áreksturinn olli bræddi allan ís á Plútó og úr varð geysimikið haf.

1. Halastjörnur lögðu til efni í Plútó og Karon

Tveir íshnettir skullu saman og mynduðu Plútó og stærsta tunglið, Karon. Eldri íshnettirnir tveir voru trúlega til orðnir úr samtals yfir milljarði halastjarna. Gufuhvolf Plútós og íssléttan Sputnik Planitia eru nefnilega að miklu leyti úr köfnunarefni sem passar við innihald halastjarna.

2. Smátunglin urðu til eftir áreksturinn

Við árekstur íshnattanna þyrlaðist upp mikið ský af bergi, ís og gasi sem síðan safnaðist saman í smátunglin fjögur: Styx, Nix, Kerberos og Hydru. Kerberos er mjög dökkur máni og gæti verið leifar þess hnattar sem rakst á Plútó. Í forgrunni er Karon.

3. Allt yfirborð Plútós var þakið stóru hafi

Áreksturinn hitaði Plútó svo mikið að ísinn bráðnaði og þakti hnöttinn með gríðarstóru hafi. Þegar hafsborðið fraus mynduðust sprungur í ísinn (örvarnar), vegna þess að ísinn þandist út. Dökki gígurinn, Sputnik Planitia, myndaðist þegar halastjarna skall þar niður löngu síðar.

Samkvæmt almennt viðtekinni kenningu var dvergplánetan frá upphafi þakin ís en hiti frá sundrun geislavirkra efna í bergkjarnanum bræddi ísinn innan frá þannig að haf myndaðist undir ísnum.

 

Hefði þetta gerst svona mætti ætla að ísþekjan á yfirborðinu hefði síðan dregist saman og myndað hrukkur líkt og á gömlu, skorpnuðu epli.

 

Með tímanum hefði dregið úr sundrun geislavirkra efna og þá hefði íshellan aftur þykknað og nú myndað stórar sprungur.

 

Vísindamennirnir gerðu þess vegna ráð fyrir að yfirborð Plútós væri þakið gömlum hrukkum og nýlegri sprungum en myndavélar New Horizons greindu einungis sprungur og þess vegna hefur ný kenning nú fengið vind í seglin.

24 tíma var New Horizon að fara fram hjá Plútó. Mesta nánd var 12.500 km.

Þegar forverar Plútós og Karons rákust saman skapaði áreksturinn svo mikinn hita að dvergplánetan varð strax í upphafi þakin djúpu hafi en yfirborð þess fraus fljótlega í ís sem þandist út og myndaði sprungur.

 

Það sem þykir sérstaklega renna stoðum undir þessa hugmynd er gríðarstór sprunga sem liggur allan hringinn og nær milli pólanna bæði á fram- og bakhlið. Sprungan er svo gömul að það virðist augljóst að Plútó hafi byrjað æviskeiðið með fljótandi haf sem strax tók að frjósa. Reynist þessi kenning rétt, er mögulegt að líf gæti leynst í þessu ævaforna hafi.

 

Lífræn efni lita vatnið rautt

Myndirnar af framhlið Plútós sýna greinilega ummerki eftir rauðleitt vatn sem trúlega hefur sprautast upp úr hafi undir íshellunni og síðan frosið á yfirborðinu.

 

Rauði liturinn bendir til að í vatninu hafi verið umtalsvert af lífrænum efnum. Rannsóknastofutilraunir benda til að sólvindurinn – rafhlaðnar eindir sem berast frá gufuhvolfi sólarinnar – og geimgeislun sem er geislun utan úr alheiminum geti hafa umbreytt einföldum efnum í flóknari, lífrænar sameindir.

Margvísleg tákn um virkni á Plútó

Þrátt fyrir staðsetninguna í ísköldum útjaðri sólkerfisins sýna myndir frá New Horizons talsverða jarðvirkni í þessum hnetti. Að auki eru þar ummerki um lífræn efni sem gætu verið byggingarefni lífvera, merki um ísgos og aðra tiltölulega nýja jarðvirkni. Loks er svo víðfeðmt gufuhvolf.

Smelltu á mynd til að sjá hana stærri með lýsingu

Nú hefur stjörnufræðingurinn Dale Cruikshank hjá Ames-rannsóknamiðstöð NASA í Kaliforníu sýnt fram á tilvist ammoníaks í þessum rauðleita ís. Það opnar þann möguleika að grunnefni kjarnasýranna RNA og DNA gætu hafa myndast í rauðri súpu þessa hafs.

 

Cruikshank telur uppgötvun sína ekki endilega merkja að líf hafi myndast í hinu forna hafi á Plútó en hafi það gerst, gætu örverur sem best hafa lifað þar áfram.

 

Það styrkir kenninguna að nú hefur líka fundist rautt belti lífrænna efna á bakhlið Plútós. Beltið er við miðbaug þar sem sólarljóss nýtur mest og hitastig er hærra en annars staðar á Plútó.

 

„Þrjú skilyrði þurfa að vera uppfyllt til að líf geti myndast. Til staðar þarf að vera fljótandi vatn, lífræn efni og orkuuppspretta. Á Plútó getum við nú hakað við tvö fyrri skilyrðin og það er stórt skref,“ segir Alan Stern sem stýrir New Horizons-leiðangrinum.

 

Í upphafi hefur áreksturinn sem skapaði Plútó og Karon valdið hitaorku inni í dvergplánetunni en síðan eru liðnir meira en fjórir milljarðar ára. Hafi líf kviknað í frumhafinu, er óljóst hvort hiti frá sundrun geislavirkra efna í bergkjarna Plútós losar næga orku til að styðja við líf í hafinu nú.

 

Þess vegna eru líkurnar á því að finna líf langt úti í sólkerfinu sennilega meiri í höfunum á Evrópu, tungli Júpíters og á Enceladusi, tungli Satúrnusar. Þar dæla sjávarfallaáhrifin frá hinum stóru gasrisum stöðugt orku í tunglin.

 

Högg sem breytti Plútó

Hinn stóri áreksturinn sem breytti Plútó, varð fyrir innan við tveimur milljörðum ára en þá rakst um 400 metra halastjarna á dvergplánetuna á meira en 7.000 km hraða.

 

Áreksturinn skildi eftir sig fjögurra km djúpan gíg, Sputnik Planitia sem nær yfir 797.000 ferkílómetra, stærra svæði en Frakkland.

 

Þessi gígur er hluti af gríðarstórri, hjartalaga íssléttu fyrir norðan miðbaug sem sást vel á fyrstu myndunum frá Plútó.

 

Nú sýna nýjar myndir frá New Horizons að hinum megin á Plútó er óreiðulandslag sem virðist hafa brotnað upp þegar jarðskjálftabylgjur bárust frá höggi halastjörnunnar.

„Þrjú skilyrði þurfa að vera uppfyllt til að líf geti myndast.  Á Plútó getum við nú hakað við tvö skilyrðin.“

Alan Stern, yfirmaður New Horizons leiðangursins

Svipuð fyrirbrigði eru þekkt á Mars og Evrópu, tungli Júpíters en þó einkum á Merkúr, þar sem óreiðulandslag sem á sér enga hliðstæðu á plánetunni, er að finna beint á móti hinum gríðarstóra Caloris-gíg.

 

Sérfræðingar telja hina umfangsmiklu eyðileggingu á bakhlið Plútós því aðeins mögulega að undir ísnum sé djúpt haf úr fljótandi vatni. Ástæðan er sú að jarðskjálftabylgjur eru afar missterkar eftir því um hvaða efni þær berast.

 

Þrýstibylgjurnar berast hægar um vatn en bergkjarna en eyðileggingarkrafturinn er mestur ef þær ná að berast á sama hraða gegnum allan hnöttinn.

 

Keyrslur í tölvulíkani stjörnufræðingsins Adene Denton hjá Purdueháskóla í BNA benda til að kjarni Plútós sé einkum úr serpentíni en jarðskjálftabylgjur fara hægar um þá bergtegund en aðrar.

 

Samspilið milli hreyfinga jarðskjálftabylgnanna í vatni og serpentíni í iðrum Plútós náði að bera svo mikinn kraft í gegnum hnöttinn að yfirborðið á bakhliðinni rifnaði í stykki.

Ummerki halastjörnu afhjúpa haf undir ísnum

Fyrir innan við tíu milljónum ára skall halastjarna á Plútó og skildi eftir sig gríðarstóran gíg. Nýjar myndir frá New Horizons sýna sundurtætt landslag hinum megin á Plútó og það sýnir að jarðskjálftabylgjurnar bárust gegnum vatn.

1. Árekstur sendi þrýstibylgjur þvert í gegnum Plútó

Halastjarna, um 400 km í þvermál, skall á Plútó og myndaði 4 km djúpan gíg, Sputnik Planitia. Gígurinn er 797.000 ferkílómetrar og á botninum er harðfrosinn vatnsís, ámóta harður og granít. Þrýstibylgjur frá árekstrinum bárust þvert í gegnum Plútó.

2. Höggið sundraði ísnum á bakhliðinni

Nýjar myndir af bakhlið Plútós sýna óreiðukennt og sundrað landslag andspænis gígnum á framhliðinni. Þarna hefur yfirborðið sundrast vegna áhrifa þrýstibylgna frá árekstrinum. Það er því aðeins mögulegt að bylgjan hafi borist gegnum haf milli bergkjarnans og ísskorpunnar.

3. Þrýstibylgjur veita innsýn undir ísinn

Á grundvelli athugana New Horizons hafa stjörnufræðingar reiknað út byggingu Plútós. Utan á dvergplánetunni er a.m.k. 200 km þykk ísskorpa og þar undir 150 km djúpt vatnshaf, þar sem lífverur gætu leynst. Kjarninn er gerður í sílikötum, einkum serpentíni.

Á grundvelli mælinga New Horizons á þvermáli og massa dvergplánetunnar hafa vísindamenn reiknað út innri byggingu Plútós og komist að þeirri niðurstöðu að bergkjarninn sé um 70% massans en afgangurinn að mestu úr vatni.

 

Umhverfis kjarnann er 150 km djúpt haf sem aftur er þakið meira en 200 km þykkri íshellu sem myndar eins konar jarðskorpu eða grunnberg.

 

Eftir að halastjarnan myndaði þennan gíg hefur hann fyllst af mjúkum og þungum köfnunarefnisís úr gufuhvolfinu og frá skriðjöklum sem renna þarna niður úr fjallahlíðunum í kring.

 

Eftir árekstur halastjörnunnar röskuðust massahlutföll á Plútó. Þyngd köfnunarefnisíssins í gígnum sneri hnettinum til hliðar þannig að sjávarfallaöxullinn – þar sem þyngd Plútós og Karons hafa mest áhrif – liggur nú þvert í gegnum þennan þunga ís í Sputnik Planitia-gígnum.

 

Dulræðir ísbroddar rísa hátt

Myndirnar frá New Horizons hafa gjörbreytt þekkingu okkar á Plútó en líka vakið ýmsar spurningar sem vísindamenn leitast nú við að svara.

 

Þegar fyrstu myndirnar voru greindar uppgötvuðu menn ísgarða með kílómetraháum, oddhvössum broddum austarlega á framhliðinni.

 

Þessir broddar voru þó einungis litlir, skrýtnir deplar á kortinu þar til vísindamennirnir gátu farið að skoða myndir frá bakhlið Plútós, þar sem þessir risavöxnu broddar mynda belti á hálendinu við miðbaug alla leið að vestanverðri framhliðinni.

 

Þessi uppgötvun varð þess valdandi að Alan Stern, forstöðumaður verkefnisins, kallar broddana mesta leyndardóminn á Plútó, enda teygja þeir sig meira en heilan kílómetra upp í loftið.

 

Komi einhvern tíma að því að vitjeppar eða önnur manngerð farartæki verði send til Plútós verður það hreinasta martröð að reyna að komast um svo háa og stundum hvassa fjallahryggi.

 

Myndaband: Fljúgðu með New Horizons- kannanum yfir Plútó

Mælingar New Horizon sýna að broddarnir eru úr metanís sem kemur heim og saman við gufuhvolfið á Plútó.

 

Neðri hluti gufuhvolfsins er einkum úr köfnunarefni sem hefur m.a. myndað köfnunarefnisísinn í Sputnik Planitia. Ofar er mikið af metani sem hefur trúlega myndað þessa risabrodda á hálendinu. Það er hins vegar afar torráðin gáta hvernig það hefur gerst.

 

Broddarnir kynnu að vera leifar af þykku lagi metaníss á hálendinu sem sólarljósið hefði þá sorfið þannig að metanið hefði smám saman gufað upp. En svo kynnu broddarnir að hafa myndast svipað og dropasteinar hér, þegar metan í gufuhvolfinu hefur frosið. Það eitt er víst að myndun broddanna hefur tekið milljónir ára og mögulegar loftslagsbreytingar í langri sögu Plútós gætu hafa átt sinn þátt.

 

Gervitungl á braut

Þrátt fyrir þessa flóðbylgju upplýsinga um Plútó eru rannsóknir á dvergplánetunni bara rétt að byrja.

 

Á næstu árum munu vísindamenn halda áfram að kreista meiri upplýsingar úr þeim gögnum sem bárust frá New Horizons.

Geimsjónaukinn James Webb sem var skotið á loft í desember 2021 á að fylgjast með Plútó um lengri tímabil en áður hefur verið gert. Næsta skref er að senda gervihnött á braut um dvergplánetuna.

Nýja geimsjónaukann James Webb, sem skotið var á loft í desember 2021 verður hægt að nota til langtímaskoðunar á Plútó, þótt upplausnin verði ekki jafn góð og á myndum frá New Horizons. Þær upplýsingar má bera saman við athuganir á öðrum dvergplánetum, svo sem Ceres í loftsteinabeltinu milli Mars og Júpíters og Eris, Haumea og Makemake í Kuiperbeltinu utan við Plútó.

 

En vísindamennirnir eru komnir á bragðið og vilja vita meira um konung ísdverganna.

 

Vísindamenn láta sig nú dreyma um stuðning frá NASA til að fjármagna gervihnött sem færi á braut um Plútó og skila háskerpumyndum af öllum hnettinum og enn nákvæmari mælingum á efnum á yfirborði og í gufuhvolfi. Slíkur gervihnöttur gæti verið að störfum í mörg ár og m.a. sýnt breytingar á yfirborði og í veðri til lengri tíma.

 

En verði slíkur gervihnöttur að veruleika verður honum ekki skotið á loft fyrr en á fjórða áratugnum og gera má ráð fyrir að hann verði 15 ár á leiðinni til þessarar merkilega virku dvergplánetu í frostinu yst í sólkerfinu, þar sem þrátt fyrir allt gæti mögulega leynst líf.

BIRT: 03/05/2022

HÖFUNDUR: Rolf Haugaard Nielsen

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: © Bill Ingalls/NASA,© NASA,

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is