Wydmy na Plutonie

Powierzchnia Plutona jest bardziej zróżnicowana niż do niedawna myśleliśmy. Naukowcy misji New Horizons ogłosili wyniki badań, w których wykazują istnienie na planecie karłowatej widm poprzecznych, które musiały powstać w jej niedalekiej geologicznie przeszłości.

Wydmy poprzeczne znane z krajobrazów ziemskich, występują także na innych ciałach niebieskich, w tym na odległym Plutonie. Nie wiemy co prawda jeszcze jak bardzo do powstania wydm przyczynia się cienka atmosfera tej planety karłowatej, jednak możemy zaobserwować na jej powierzchni regularne struktury, które z uwagi na dynamiczne procesy zachodzące w lodowej skorupie Plutona musiały powstać stosunkowo niedawno.

Odkrycie wydm w skrócie

  • na powierzchni Plutona, w rejonach podgórskich występują wydmy poprzeczne o długościach między grzbietami od 0,4 do 1 km
  • wydmy te powstają prawdopodobnie z nagromadzenia lodu metanowego o ziarnistości piasku (200-300 mikrometrów średnicy)
  • niezmieniona morfologia wydm wskazuje na ich młody wiek geologiczny

Sonda New Horizons to jedna z najbardziej niezwykłych misji kosmicznych w dziejach ludzkości. Misja statku, który jako pierwszy zbliżył się do niegdyś planety, teraz definiowanego jako planeta karłowata Plutona wykazała, że jego powierzchnia mimo ogromnej odległości dzielącej ją od Słońca (średnio 40 razy dalej od Słońca niż Ziemia) jest aktywna geologicznie.

Przeczytaj też: New Horizons bije zdjęciowy rekord sondy Voyager

Na dowód tego wystarczy spojrzeć na charakterystyczny obszar Sputnik Planitia. Równina ta jest zbudowana z azotu, tlenku węgla i lodowego metanu. Rozmaite formy terenu o kształtach wielokątów, nieraz otoczone wysokimi na 100 m ścianami. To wszystko w połączeniu z brakiem kraterów wskazuje, że mamy do czynienia z “pracującą” lodową powierzchnią, nie starszą niż 500 000 lat, co jest krótkim geologicznie okresem.


Mapa Plutona. Na środku widać jasny obszar Sputnik Planitia, gdzie odkryto i scharakteryzowano wydmy. NASA/JHUAPL/SwRI

To na tym obszarze w okolicach gór Al-Idrisi Montes na zachodniej krawędzi równiny, można zauważyć zmarszczki na powierzchni. Regularne kształty, z równo oddalonymi grzbietami przypominają poprzeczne wydmy, znane z naszej planety. Im dalej od gór tym wydmy stają się większe i bardziej od siebie oddalone. Dodatkowo na lodowej powierzchni równiny, w pobliżu przeszkód terenowych można zobaczyć ciemne smugi, które naukowcy interpretują jako strefy nagromadzonego przez wiatr materiału.

Dlaczego wydmy?


Przeanalizujmy krótko jak naukowcy uzasadniają, że zaobserwowane twory to wydmy i jakie są według nich powody ich powstania.

Oprócz oczywistych podobieństw morfologicznych (kształty), wydmy na Plutonie nakładają się na siebie w rejonach komórek konwekcyjnych. Ich rozkład przestrzenny (gęściej w pobliżu gór i rzadziej dalej od nich) również jest charakterystyczny dla pól wydmowych na Ziemi. Również ich orientacja, regularna w każdym miejscu wskazuje, że na ich powstanie musiał wpływać ruch powietrza, a nie np. nasłonecznienie. Wydmom towarzyszą smugi wietrzne, które są prostopadłe do grzbietów wydm. Inną charakterystyczną właściwością wydm na Plutonie jest ich obecność w rejonie górzystych warstw lodowych, czyli tam gdzie jest materiał do przemieszczania i występuje najsilniejszy wiatr.

Czy to na pewno wiatr?


Każda hipoteza naukowa musi być poparta doświadczeniem. Dlatego sprawdzono czy na pewno ziarenka zlodzonego metanu o grubości 200-300 mikrometrów mogą być poruszane przez wiatr o prędkościach 1-10 m/s (taki wiatr może występować na Plutonie). Okazuje się, że o ile ta prędkość wystarczy do podtrzymywania ruchu ziaren, to raczej do zapoczątkowania powstania takich wydm potrzebny jest jeszcze inny czynnik.

Tutaj do gry wkracza sublimacja czyli bezpośrednie przejście substancji ze stanu stałego w gazowy. Sublimacja może pomóc w zapoczątkowaniu przemieszczania materiału, ale też może mieć wpływ na późniejszą erozję wydm.

Przepis na wydmę


Aby wydmy mogły powstać na Plutonie konieczne są do spełnienia trzy czynniki:

  • dostatecznie gęsta atmosfera z występującym wiatrem
  • odpowiedniej wielkości i sypkości materiał z wystarczająco niską kohezją
  • dodatkowy mechanizm, który umożliwia zapoczątkowanie procesu (sam wiatr jest do tego na tej planecie za słaby)

Wydmy do tej pory nie były tylko związane z Ziemią. Oprócz Plutona obserwowaliśmy je na innych ciałach niebieskich. W każdym innym miejscu materiał tworzący wydmy był inny. Oprócz typowych dla Ziemi kwarcu, bazaltu czy gipsu, na Antarktydzie można zaobserwować wydmy śnieżne. Na Tytanie, księżycu Saturna gigantyczne wydmy zbudowane są ze złożonych substancji organicznych. Pluton, bogaty w lodowe formy azotu, metanu i tlenku węgla, posiada wydmy o przewadze lodowego metanu.


Region występowania wydm, w pobliżu zachodniej krawędzi obszaru Sputnik Planitia. Źródło: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Aby dowiedzieć się jaka jest grubość materiału, z których zbudowane są wydmy na Plutonie, naukowcy posłużyli się modelami wiążącymi morfologiczne właściwości wydm z możliwą średnicą ich ziaren. Okazało się, że tego typu wydmy muszą posiadać piasek o grubości od 200-300 mikrometrów. Wyniki takiego modelowania potwierdzają obserwacje na Plutonie.

Sam wiatr nie wystarczy, by zapoczątkować proces kreacji wydm na Plutonie. Uważa się, że inicjację tego procesu możemy zawdzięczać sublimacji lodu powierzchniowego, a konkretnie azotu. Dzięki sublimacji cząsteczki metanu podnoszą się do atmosfery wraz z gazowym azotem i formacja wydm może się zacząć. Naukowcy twierdzą, że okresowo na odpowiedniej odległości Plutona od Słońca atmosfera jest na tyle gęsta, by zjawisko to mogło wystąpić.

Oprócz twórczego wpływu sublimacji na występowanie wydm, proces ten może powodować erozję już powstałych tworów.

New Horizons, który podróżuje w tej chwili do planetoidy 2014 MU69, dostarcza kolejnych zaskakujących obserwacji z lodowego świata na Plutonie. Wydmy, które wiele wskazuje, że powstały w obrębie ostatnich setek lat są idealnym dowodem na to, że powierzchnia Plutona to nadal aktywny świat.

Źródło: Science/NASA

Więcej informacji:

Na zdjęciu tytułowym: Kolorowe zdjęcie powierzchni Plutona wykonane przez sondę New Horizons podczas przelotu w 2015 roku. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI