La collision cosmique qui a fait le cœur de Pluton

Une représentation artistique de l'impact important et lent sur Pluton qui a créé une structure en forme de cœur à sa surface. Source : Université de Berne, Thibaut Roger, éd.

Secret comment Pluton Enfin, une caractéristique géante en forme de cœur à sa surface a été résolue par une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par… Université de Berne et membres du Pôle national de compétence en recherche (PRN) PlanetS. L’équipe est la première à reproduire avec succès cette forme inhabituelle à l’aide de simulations numériques et attribue cela à l’effet de l’angle d’inclinaison géant et lent.

Depuis les caméras NASALa mission New Horizons a découvert une grande structure en forme de cœur à la surface de la planète naine Pluton en 2015. Ce « cœur » a intrigué les scientifiques en raison de sa forme unique, de sa composition géologique et de sa hauteur. Des scientifiques de l'Université de Berne en Suisse et de l'Université d'Arizona ont utilisé des simulations numériques pour étudier les origines de Spoutnik Planitia, la partie ouest en forme de larme de la surface du noyau de Pluton.

Selon leurs recherches, les débuts de l'histoire de Pluton ont été marqués par un événement cataclysmique qui a conduit à la formation de Spoutnik Planitia : sa collision avec un corps planétaire d'un peu plus de 400 milles de diamètre, soit à peu près la taille de l'Arizona du nord au sud. Les conclusions de l'équipe, publiées dans Astronomie naturelleCela indique également que la structure interne de Pluton est différente de ce qui était supposé auparavant, ce qui suggère qu'il n'y a pas d'océan souterrain.

« La formation de Spoutnik Planitia offre une fenêtre importante sur les premières périodes de l'histoire de Pluton », a déclaré Adeniy Denton, planétologue au Laboratoire lunaire et planétaire d'Arizona et co-auteur de l'article. « En élargissant nos investigations pour inclure des scénarios de formation plus inhabituels, nous avons découvert des possibilités complètement nouvelles pour l'évolution de Pluton, qui pourraient s'appliquer à d'autres objets. » Ceinture de Kuiper Les objets aussi.

Pluton Nouveaux Horizons 2015

Une vue de Pluton prise par la sonde spatiale New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015. Source de l'image : NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest

Coeur divisé

Le « cœur », également connu sous le nom de tombo regio, a attiré l'attention du public immédiatement après sa découverte. Mais il a également immédiatement attiré l’attention des scientifiques car il est recouvert d’un matériau à albédo élevé qui reflète davantage la lumière de son environnement, créant ainsi une couleur plus blanche. Mais le cœur n’est pas constitué d’un seul élément. Spoutnik Planitia couvre une superficie d’environ 750 milles sur 1 250, soit environ un quart de la taille de l’Europe ou des États-Unis. Mais ce qui est frappant, c'est que l'altitude de cette région est environ 4 km plus basse que la majeure partie de la surface de Pluton.

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« Alors que la grande majorité de la surface de Pluton est constituée de glace de méthane et de ses dérivés recouvrant une croûte de glace d'eau, Planitia est principalement remplie de glace d'azote, qui s'est probablement accumulée rapidement après l'impact en raison de la faible altitude », a déclaré l'auteur principal. Harry Ballantyne, chercheur associé à Berne, a participé à l'étude. La partie orientale du noyau est également recouverte d'une couche similaire mais beaucoup plus fine de glace d'azote, dont l'origine reste floue pour les scientifiques, mais est probablement liée à Spoutnik Planitia.

Effet incliné

La forme allongée et la position de Spoutnik Planitia à l'équateur suggèrent fortement que l'impact n'a pas été une collision directe mais plutôt un impact oblique, selon Martin Goetze de l'Université de Berne, à l'origine de l'étude. Comme beaucoup d’autres dans le monde, l’équipe a utilisé un logiciel de simulation hydrodynamique de particules lisses pour recréer numériquement de tels impacts, en faisant varier la configuration de Pluton et de son corps d’impact, ainsi que la vitesse et l’angle du corps d’impact. Ces simulations ont confirmé les soupçons des scientifiques concernant l'angle d'impact oblique et ont déterminé la configuration de l'objet d'impact.

« Le noyau de Pluton est si froid que la roche est restée très solide et n'a pas fondu malgré la chaleur de l'impact, et grâce à l'angle d'impact et à la faible vitesse, le noyau d'impact ne s'est pas enfoncé dans le noyau de Pluton, mais est resté intact sous forme de coup. « C'est la force fondamentale et la faible vitesse », a déclaré Ballantyne. « La relativité est la clé du succès de ces simulations : la faible force donnera lieu à une surface hautement symétrique qui ne ressemble en rien à la forme de larme observée par la NASA. Sonde Horizons lors de son survol de Pluton en 2015.

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« Nous sommes habitués à considérer les collisions planétaires comme des événements incroyablement intenses dont vous pouvez ignorer les détails, à l'exception de choses comme l'énergie, l'impulsion et la densité », a déclaré Eric Asfaugh, professeur au Laboratoire lunaire et planétaire et co-auteur de l'étude. L’équipe a collaboré avec l’équipe de recherche. Depuis 2011, des collègues suisses explorent l’idée d’« explosions » planétaires pour expliquer, par exemple, des caractéristiques situées sur la face cachée de la Lune terrestre. « Dans le système solaire lointain, les vitesses sont beaucoup plus lentes que celles plus proches du Soleil, et la glace solide est solide, vous devez donc être plus précis dans vos calculs. C'est là que le plaisir commence. »

Il n’y a pas d’océan souterrain sur Pluton

L'étude actuelle apporte également un nouvel éclairage sur la structure interne de Pluton. En fait, un impact géant comme celui simulé s’est probablement produit beaucoup plus tôt dans l’histoire de Pluton que dans les temps modernes. Cependant, cela pose un problème : une dépression géante comme Spoutnik Planitia devrait lentement dériver vers le pôle de la planète naine au fil du temps en raison des lois de la physique, car elle est moins massive que son environnement. Elle reste cependant proche de l’équateur. L'explication théorique précédente était basée sur l'existence d'un océan d'eau liquide sous la surface de la Terre, semblable à de nombreux autres corps planétaires du système solaire externe. Selon cette hypothèse, la croûte glacée de Pluton serait plus fine dans la région de Spoutnik Planitia, provoquant un gonflement de l'océan vers le haut, et comme l'eau liquide est plus dense que la glace, provoquant un excédent de masse qui la ferait migrer vers l'équateur.

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La nouvelle étude offre une vision alternative, selon les auteurs, en faisant référence à des simulations dans lesquelles le manteau primitif de Pluton est complètement creusé par l'impact et, lorsque le matériau du noyau de l'impacteur tombe sur le noyau de Pluton, il crée un excédent de masse local qui pourrait expliquer la migration. vers l'équateur sans océan souterrain, ou tout au plus un océan très mince.

Denton, qui s'est déjà lancé dans un projet de recherche visant à estimer la vitesse de cette migration, a déclaré que la nouvelle hypothèse innovante sur l'origine de la forme en forme de cœur de Pluton pourrait conduire à une meilleure compréhension de l'origine de la planète naine.

Référence : « Spoutnik Planitia comme impact Remnant pointe vers une masse rocheuse antique sur Pluton sans océan » par Harry A. Ballantyne, Eric Asfough et C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber et Martin Goetze, 15 avril 2024, Astronomie naturelle.
est ce que je: 10.1038/s41550-024-02248-1

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