Wurde Charons rote Kappe von Kryovulkanen gebildet?


Charons rote Kappe: Planetähnlicher Körper mit Kratern, Rissen und einem rötlichen Fleck auf der Oberseite.
Größer anzeigen. | Plutos größter Mond, Charon, hat an seinem Nordpol eine ungewöhnliche rote Kappe, die fast wie getrocknete Farbe oder Blut aussieht. Wie ist es entstanden? Eine neue Hypothese besagt, dass Ausbrüche von Kryovulkanen – Eisvulkanen – die rote Kappe von Charon erzeugten, indem sie Methan freisetzten, das dann rötlich wurde tholins durch Sonneneinstrahlung und kosmische Strahlung. NASAs Neue Horizonte Die Raumsonde hat dieses Bild während ihres Pluto-Vorbeiflugs im Jahr 2015 aufgenommen. Bild via NASA/ JHUAPL/ SwRI.

Das Geheimnis von Charons roter Mütze

Plutos größter Mond Charon ähnelt vielen anderen kleinen Felsmonden, mit Tälern und vielen Kratern, die seine graue Oberfläche überziehen. Es hat jedoch ein einzigartiges Merkmal, das auffällt. An seinem Nordpol befindet sich ein großer rötlicher Fleck, der fast wie getrocknete Farbe oder sogar Blut aussieht. NASAs Neue Horizonte Das Raumschiff entdeckte das faszinierende Merkmal, als es Pluto und seine Monde im Jahr 2015 passierte. Wissenschaftler wissen, dass der Patch aus organischen Verbindungen besteht, die als tholins, aber es gibt immer noch Debatten darüber, wie es dorthin kam. Anfang August veröffentlichten Forscher der Purdue University eine neue Theorie, die darauf hindeutet, dass alte Kryovulkane – Eisvulkane – auf Charon die Ursache sind.

Kiona Smith schrieb über die Funde in Umgekehrt am 6. September 2022.

Stephanie Menten und ihre Kollegen bei Purdue veröffentlicht ihre Forschung in der Peer-Review Tagebuch Naturkommunikation am 09.08.2022.

Wissenschaftler benannten die rötliche Region Mordor Makulanach dem schwarzen Land, das JRR Tolkien nannte Mordor in Der Herr der Ringe. Obwohl es in diesem Fall rot ist, nicht schwarz. Es sieht aus wie eine rote Eiskappe am Nordpol des Mondes, aber es ist kein Eis. Vielmehr besteht es aus organischen Tholinen. Tholins werden durch Bestrahlung einfacher kohlenstoffhaltiger Moleküle wie Kohlendioxid, Methan oder Ethan durch ultraviolettes Sonnenlicht oder kosmische Strahlung gebildet. Sie sind auf Eiskörpern im äußeren Sonnensystem recht häufig. Sie sind auch als zu finden Aerosole in den Atmosphären von Planeten und Monden des äußeren Sonnensystems. In diesem Fall wären die Moleküle Methan.

Wie das Papier feststellt, kann es auch eine geben ähnliche Funktion am Südpol des Charon.

Kryovulkanausbrüche?

Letzten Juni, Erdhimmel berichteten über die führende Hypothese, dass die Methanmoleküle von Pluto stammen und auf Charons Oberfläche am Nordpol gefrieren. Auch saisonale Schwankungen in Charons sehr dünner Methanatmosphäre spielen eine Rolle.

Menten und ihre Kollegen schlagen nun jedoch ein anderes Szenario vor. Charon hat ein riesiges glattes Eisfeld in seiner südlichen Hemisphäre namens Vulcan Planitia (oder Vulkan Planum). Es wird angenommen, dass alte Kryovulkanausbrüche dieses Eisfeld geschaffen haben. Die Forscher wollten wissen, wie viel Methan diese Eruptionen freigesetzt haben könnten. Wie Umgekehrt zitiert Menten:

Die Gaspartikel werden am Ende über die Oberfläche von Charon hüpfen, und es gibt eine Reihe von Gleichungen, mit denen Sie nach dem Zufallsprinzip verfolgen können, was mit diesen Methanpartikeln passieren wird.

Das Papier Zustände:

Hier vermuten wir eine endogene Quelle für die flüchtigen Stoffe auf diesen Objekten, einschließlich Charon, und schlagen stattdessen vor, dass Charons weit verbreitete Kryovulkan-Erneuerung große Mengen an Methan ausbrach, von denen einige zu den Polen wanderten und zu den von New Horizons beobachteten Tholinen verarbeitet wurden.

Berechnung der Bewegung von Methanpartikeln

Die Forscher modellierten die wahrscheinliche Ausbreitung von 1.000 einzelnen Methanmolekülen. Ihre Berechnungen zeigten, dass während dieser Zeit tatsächlich genug Methan freigesetzt worden sein könnte, um die rötliche Kappe zu bilden. Die Methanmoleküle fanden ihren Weg zu Kühlfallen an den Polen von Charon, um eine Schicht aus gefrorenem Methan zu hinterlassen. Die Wissenschaftler schätzen, dass diese Schicht in der Region, die heute als Mordor Macula bekannt ist, neun Meter tief sein könnte.

Genau wie im Tholins-von-Pluto-Szenario zersetzen dann Sonnenstrahlung und kosmische Strahlung die oberste Methanschicht. Dieser Prozess wandelt sie in dunklere Tholins um. Der einzige wirkliche Unterschied besteht darin, dass die Methanmoleküle von Charons Kryovulkanen stammen, nicht von Pluto.

Bräunlicher Planet links mit großem gräulichem Mond rechts, mit schwarzem Weltraumhintergrund.
Größer anzeigen. | Pluto (links) und sein größter Mond Charon (rechts) als Neue Horizonte habe sie 2015 gesehen. Dieses Foto ist eine Zusammenstellung von Bildern von New Horizons vom 13. und 14. Juli 2015. Bild via NASA/ JHUAPL/ SwRI.

Wie haben Eruptionen Charons rote Kappe geschaffen?

Also, wenn es auf Charon einmal Kryovulkanausbrüche gegeben hat, wie sind sie passiert und wie haben sie die rote Kappe geschaffen? Wie die Forscher sagen, hatte es mit Charons ehemaligem Ozean zu tun. Wissenschaftler glauben, dass der Mond einst einen unterirdischen Ozean hatte, genau wie einige der anderen Eismonde im äußeren Sonnensystem (und Pluto hat möglicherweise immer noch einen). Wissenschaftler glauben jedoch, dass der Ozean vor etwa 4 Milliarden Jahren zugefroren ist.

Wie wir wissen, dehnt sich Wasser beim Gefrieren aus. Das bedeutet, dass sich das unterirdische Eis wahrscheinlich seinen Weg durch Charons Kruste bahnte. Die Eruptionen ereigneten sich, als Eis durch die Kruste und an die Oberfläche brach. Wie Umgekehrt zitiert Menten:

Der verbleibende Ozean, der wahrscheinlich viel kleiner ist als ursprünglich vorhanden, stand unter ziemlichem Druck [by the expanding ice]. Da es also unter Druck stand, gab es Brüche bis hinauf zur Oberfläche. Sie können einen Ausbruch haben, der passiert.

Tatsächlich könnte dieses expandierende Eis große Brüche auf der Oberfläche von Charon geschaffen haben, die wir heute sehen.

Eruptionen von Eis, nicht von Lava

Diese Eruptionen sind jedoch nicht wie Vulkanausbrüche, wie wir sie uns auf der Erde vorstellen. Es sind Eisausbrüche, keine heiße Lava. Auf Charon wäre die „Lava“ eine dicke, sich langsam bewegende, eisige Flüssigkeit gewesen. Die Forscher vergleichen sie mit isländischen Eruptionen auf der Erde. Sie schätzen, dass diese Periode des Kryovulkanismus etwa eine Million Jahre dauerte. Ein Großteil des ausströmenden Eises bedeckte Charons südliche Hemisphäre mit einer kilometerdicken Eisdecke (Vulcan Planitia).

5 rechteckige Tafeln nebeneinander mit je einem Diagramm und Text.
Größer anzeigen. | Dieses Diagramm zeigt, wie Methanpartikel in der neuen Hypothese zum Nordpol von Charon wandern, nachdem sie aus Kryovulkanen an die Oberfläche entlüftet wurden. Mordor Makula ist die rote Kappe am Nordpol von Charon. Sonneneinstrahlung und kosmische Strahlung färben die Methanpartikel dann rötlich tholins. Bild über Naturkommunikation (Uneingeschränkter Zugang/ Creative Commons Namensnennung 4.0 Internationale Lizenz).

Vulkanisches Methan

Es ist immer noch nicht sicher, ob das austretende Eis tatsächlich Methan enthielt. Aber wenn es so wäre, schätzen die Forscher, dass die Eruptionen etwa 100 Milliarden Tonnen des Gases freigesetzt hätten. Den Berechnungen zufolge dürfte der weitaus größte Teil des Methans die Pole von Charon erreicht haben, rund 97 Prozent.

Es ist jedoch ziemlich wahrscheinlich, dass Charon Methan in seinem Inneren hatte, da Pluto dies tut. Und Wissenschaftler glauben, dass sich Pluto und Charon aus derselben Wolke aus Urmaterial gebildet haben.

Kryovulkanismus im äußeren Sonnensystem verbreitet?

Die Ergebnisse unterstützen auch die Möglichkeit, dass Kryovulkanismus auf kleinen Eiskörpern im äußeren Sonnensystem üblich ist. Menten sagte:

Wir können aus Teleskopbeobachtungen von der Erde aus sagen, dass auf vielen von ihnen Methan oder Methanprodukte auf ihrer Oberfläche nachgewiesen wurden. Aber es wurde nicht viel darüber vorgeschlagen, wo genau das Methan herkommt. Es könnte sein, dass Kryovulkanismus ein ziemlich häufiger Prozess auf diesen Körpern ist, und es könnte das Ding sein, das tatsächlich dieses Methan liefert, das wir aus erdgestützten Beobachtungen erkennen. Es könnte sein, dass Kryovulkanismus ein ziemlich häufiger Prozess auf diesen Körpern ist, und es könnte das Ding sein, das tatsächlich dieses Methan liefert, das wir aus erdgestützten Beobachtungen erkennen.

So wie „heißer“ Vulkanismus auf sonnennäheren Gesteinsplaneten wie Mars, Erde und Venus üblich war, kann „kalter“ Vulkanismus auch auf kälteren, weiter entfernten Welten häufig vorkommen.

Graue holprige Oberfläche mit einer kreisförmigen Vertiefung und Bergen, mit rötlichen Flecken.
Größer anzeigen. | Wright Monsein Kryovulkan (Eisvulkan) auf Pluto aus Neue Horizonte am 14. Juli 2015. Eine neue Studie besagt, dass Plutos größter Mond, Charon, möglicherweise auch Kryovulkane hatte, die seine ungewöhnliche rötliche Kappe erzeugten. Bild über NASA/ JHUAPL/ SwRI.

Weitere Beobachtungen von Charons roter Kappe erforderlich

Weitere Beobachtungen von Charons roter Kappe sind erforderlich, um vollständig zu verstehen, wie sie entstanden ist. Wie in der vermerkt Umgekehrt Artikel, Tholins verdunkeln sich mit der Zeit. Wenn Mordor Macula ungefähr 2 Milliarden Jahre alt war, sollte es jetzt schwarz erscheinen, genau wie in Der Herr der Ringe. Aber das ist es nicht, es ist immer noch rot. Eine mögliche Antwort ist, dass Meteoriten allmählich die oberste Schicht der Tholins erodieren. Wenn ja, könnten sie röteres Gelände darunter freilegen. Oder das von Pluto kommende Methangas kann die Methanpartikel am Nordpol von Charon wieder auffüllen. In diesem Fall können sowohl die vorherige Hypothese als auch diese neue richtig sein.

Im nächsten Schritt werden Menten und ihr Team Charons geologische Vergangenheit nach weiteren Hinweisen untersuchen. Menten sagte:

Bei diesem Modellierungs- und geologischen Analyseprojekt handelte es sich um den letzten Schritt dessen, was geschah [with cryovolcanism] auf Charon. Aber ich denke, als nächstes werden wir uns darauf konzentrieren, was bei Charon intern passiert, um genau zu sehen, wie man genug Druck erzeugen kann, um tatsächlich damit zu beginnen, die Oberfläche zu knacken.

Tholins anderswo im Sonnensystem

Das Lernen über Tholins auf Charon wird den Wissenschaftlern auch helfen, andere kleine Körper im äußeren Sonnensystem, die sie ebenfalls haben, besser zu verstehen. Diese beinhalten Makemake, Sedna und andere im Kuiper Gürtel. Diese Arten von Körpern haben auch oft eine rote Farbe, genau wie Charons Nordpol. Insbesondere Sedna scheint eine vollständig dunkelrote Farbe zu haben.

Einige dieser kleinen Welten haben möglicherweise noch innere Ozeane, während andere Hinweise auf Kryovulkanismus aufweisen, wie das Papier zeigt genannt:

Zukünftige Raumschiffe, die Körper wie Makemake oder Sedna besuchen, könnten Hinweise auf weit verbreiteten Kryovulkanismus auf ihren Oberflächen in Form von glatten, gelappten Ebenen beobachten, die den glatten Ebenen von Vulcan Planitia ähneln, die auf Charon beobachtet wurden, während Objekte wie Eris mit der möglichen Existenz heutiger Ozeane und ohne ausgedehnte vulkanische Ebenen als Pluto-ähnlicher empfunden werden.

Fazit: Warum sieht Plutos Mond Charon oben rot aus? Eine neue Studie von Forschern der Purdue University legt nahe, dass Kryovulkanausbrüche die rote Kappe von Charon erzeugt haben.

Quelle: Endogen gewonnene flüchtige Stoffe auf Charon und anderen Objekten des Kuipergürtels

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