Tabrakan kosmik itulah yang membuat hati Pluto

Representasi artistik dari dampak besar dan lambat pada Pluto yang menciptakan struktur berbentuk hati di permukaannya. Sumber: Universitas Bern, Thibaut Roger, ed

Rahasia caranya Pluto Akhirnya, fitur raksasa berbentuk hati di permukaannya telah dipecahkan oleh tim astrofisikawan internasional yang dipimpin oleh… Universitas Bern dan anggota Pusat Kompetensi Penelitian Nasional (NCCR) PlanetS. Tim ini adalah tim pertama yang berhasil mereproduksi bentuk yang tidak biasa ini menggunakan simulasi digital, dan menghubungkan hal ini dengan efek sudut kemiringan yang sangat besar dan lambat.

Sejak kamera NASAMisi New Horizons menemukan struktur besar berbentuk hati di permukaan planet kerdil Pluto pada tahun 2015. “Hati” ini membingungkan para ilmuwan karena bentuknya yang unik, komposisi geologis, dan ketinggiannya. Para ilmuwan dari Universitas Bern di Swiss dan Universitas Arizona menggunakan simulasi numerik untuk menyelidiki asal-usul Sputnik Planitia, bagian barat fitur permukaan inti Pluto yang berbentuk air mata.

Menurut penelitian mereka, sejarah awal Pluto ditandai dengan peristiwa dahsyat yang mengarah pada pembentukan Sputnik Planitia: tabrakannya dengan benda planet berdiameter lebih dari 400 mil, kira-kira seukuran Arizona dari utara ke selatan. Temuan tim, yang dipublikasikan di Astronomi alamHal ini juga menunjukkan bahwa struktur internal Pluto berbeda dari asumsi sebelumnya, sehingga menunjukkan bahwa tidak ada lautan di bawah permukaan.

“Pembentukan Sputnik Planitia memberikan jendela penting menuju periode awal sejarah Pluto,” kata Adeniy Denton, ilmuwan planet di Lunar and Planetary Laboratory di Arizona yang ikut menulis makalah tersebut. “Dengan memperluas penyelidikan kami untuk mencakup skenario pembentukan yang lebih tidak biasa, kami telah mempelajari beberapa kemungkinan baru dalam evolusi Pluto, yang dapat diterapkan pada objek lain.” Sabuk Kuiper Objek juga.”

Pemandangan Pluto yang diambil oleh wahana antariksa New Horizons NASA pada 14 Juli 2015. Sumber gambar: NASA/Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins/Institut Penelitian Barat Daya

Hati yang terbagi

“Hati”, juga dikenal sebagai tombo regio, menarik perhatian publik segera setelah ditemukan. Namun ia juga langsung menarik perhatian para ilmuwan karena dilapisi bahan albedo tinggi yang memantulkan lebih banyak cahaya dari lingkungan sekitarnya sehingga menghasilkan warna lebih putih. Namun hati tidak terdiri dari satu unsur saja. Sputnik Planitia mencakup area seluas sekitar 750 kali 1.250 mil, sekitar seperempat luas Eropa atau Amerika Serikat. Namun yang mengejutkan adalah ketinggian wilayah ini sekitar 2,5 mil lebih rendah dari sebagian besar permukaan Pluto.

“Sementara sebagian besar permukaan Pluto terdiri dari es metana dan turunannya yang menutupi kerak es air, Planitia sebagian besar berisi es nitrogen, yang kemungkinan terakumulasi dengan cepat setelah tumbukan karena ketinggiannya yang rendah,” kata penulis utama. Dari penelitian tersebut adalah Harry Ballantyne, rekan peneliti di Bern. Bagian timur inti juga ditutupi oleh lapisan es nitrogen yang serupa namun jauh lebih tipis, yang asal usulnya masih belum jelas bagi para ilmuwan, namun kemungkinan besar terkait dengan Sputnik Planitia.

Efek miring

Bentuk Sputnik Planitia yang memanjang dan posisinya di ekuator sangat menunjukkan bahwa tumbukan tersebut bukanlah tumbukan langsung melainkan tumbukan miring, menurut Martin Goetze dari Universitas Bern, yang memprakarsai penelitian tersebut. Seperti banyak tim lain di dunia, tim ini menggunakan perangkat lunak simulasi hidrodinamika partikel halus untuk menciptakan kembali dampak tersebut secara digital, memvariasikan konfigurasi Pluto dan badan tumbukannya, serta kecepatan dan sudut badan tumbukan. Simulasi ini membenarkan kecurigaan para ilmuwan tentang sudut tumbukan miring dan menentukan konfigurasi objek tumbukan.

“Inti Pluto sangat dingin sehingga batuannya tetap sangat padat dan tidak meleleh meskipun terkena dampak panas, dan berkat sudut tumbukan dan kecepatan yang rendah, inti tumbukan tidak tenggelam ke dalam inti Pluto, melainkan tetap utuh sebagai sebuah pukulan. untuk itu,” kata Ballantyne. “Ini adalah gaya fundamental dan kecepatan rendah.” Relativitas adalah kunci keberhasilan simulasi ini: Gaya rendah akan menghasilkan fitur permukaan yang sangat simetris yang tidak terlihat seperti bentuk tetesan air mata yang diamati oleh NASA New. Penyelidikan cakrawala selama terbang melintasi Pluto pada tahun 2015.

“Kami terbiasa menganggap tabrakan planet sebagai peristiwa yang sangat intens sehingga Anda dapat mengabaikan detailnya kecuali hal-hal seperti energi, momentum, dan kepadatan,” kata Eric Asfaugh, profesor Lunar and Planetary Laboratory dan salah satu penulis studi tersebut, yang tim berkolaborasi dengan tim peneliti. Sejak 2011, rekan-rekan Swiss telah mengeksplorasi gagasan “ledakan” planet untuk menjelaskan, misalnya, fitur-fitur di sisi jauh bulan Bumi. “Di tata surya yang jauh, kecepatannya jauh lebih lambat dibandingkan kecepatan yang lebih dekat ke Matahari, dan es padat itu kuat, jadi Anda harus lebih teliti dalam perhitungan Anda. Di situlah kesenangan dimulai.”

Tidak ada lautan bawah permukaan di Pluto

Studi saat ini juga memberikan petunjuk baru tentang struktur internal Pluto. Faktanya, dampak raksasa seperti yang disimulasikan kemungkinan besar terjadi jauh lebih awal dalam sejarah Pluto dibandingkan pada zaman modern. Namun, hal ini menimbulkan masalah: depresi raksasa seperti Sputnik Planitia diperkirakan akan perlahan-lahan bergerak menuju kutub planet katai seiring waktu karena hukum fisika, karena massanya lebih kecil dibandingkan lingkungannya. Namun, wilayah ini tetap dekat dengan garis khatulistiwa. Penjelasan teoretis sebelumnya didasarkan pada keberadaan lautan air cair di bawah permukaan bumi, serupa dengan banyak benda planet lain di tata surya bagian luar. Menurut hipotesis ini, kerak es Pluto akan lebih tipis di wilayah Sputnik Planitia, menyebabkan lautan menggembung ke atas, dan karena air dalam bentuk cair lebih padat daripada es, menyebabkan kelebihan massa yang menyebabkannya bermigrasi ke arah khatulistiwa.

Studi baru ini menawarkan pandangan alternatif, menurut penulis, menunjuk pada simulasi di mana mantel primitif Pluto sepenuhnya tergali akibat dampaknya, dan ketika material inti penabrak jatuh ke inti Pluto, hal ini menciptakan surplus massa lokal yang dapat menjelaskan migrasi tersebut. menuju khatulistiwa tanpa lautan di bawah permukaan, atau paling banyak lautan yang sangat tipis.

Denton, yang telah memulai proyek penelitian untuk memperkirakan kecepatan migrasi ini, mengatakan hipotesis asal usul Pluto yang berbentuk hati yang baru dan inovatif dapat mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang asal usul planet kerdil tersebut.

Referensi: “Sputnik Planitia sebagai Titik Sisa Dampak Massa Batuan Purba di Pluto Tanpa Lautan” oleh Harry A. Ballantyne, Eric Asfough, dan C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber, dan Martin Goetze, 15 April 2024, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1