Wewnętrzne księżyce Neptuna mogą być szczątkami rozbitych lodowych światów sprzed miliardów lat
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył zaskakujących poszlak na temat burzliwej przeszłości Neptuna. Zespół z Caltech, analizując widma trzech małych księżyców krążących tuż przy pierścieniach planety, znalazł na nich minerały, które mogły powstać tylko w obecności ciekłej wody – a jednocześnie nie stwierdził tam śladu lodu wodnego. To poszlaka wskazująca na katastrofę, która zniszczyła pierwotny system księżyców Neptuna, gdy do planety trafił Tryton.
Planeta bez porządku
Neptun jest w Układzie Słonecznym białym krukiem. W przeciwieństwie do Jowisza, Saturna czy Urana, nie ma uporządkowanego układu dużych księżyców krążących po regularnych, kołowych orbitach. Zamiast tego wokół planety krąży gromadka niewielkich, nieregularnych satelitów oraz Tryton – ogromny, o masie niemal takiej jak nasz Księżyc, poruszający się po orbicie wstecznej, czyli przeciwnej do kierunku obrotu planety. Taki ruch jest wyraźnym sygnałem, że Tryton nie narodził się razem z Neptunem, lecz został przez niego pochwycony grawitacyjnie – najprawdopodobniej jako obiekt przybyły z Pasa Kuipera.
Sonda Voyager 2 odkryła w 1989 roku sześć nowych księżyców Neptuna, w tym pięć drobnych, krążących tuż za głównymi pierścieniami planety. Ze względu na niewielkie rozmiary i bliskość jasnego Neptuna przez dekady pozostawały praktycznie niedostępne dla ziemskich instrumentów – nikt nie miał nawet danych widmowych, które pozwoliłyby określić ich skład chemiczny.
Ślady, których nikt się nie spodziewał
Zespół kierowany przez Ryleigh Davis, wówczas doktorantkę w Caltech, wykorzystał instrument NIRSpec Teleskopu Webba do zbadania widm trzech księżyców – Larissy, Galatei i Proteusza – a także samych pierścieni Neptuna. Na powierzchni Larissy, Galatei i w materiale pierścieni naukowcy znaleźli sygnatury bogatych w magnez minerałów ilastych, które na Ziemi powstają wyłącznie w obecności wody w stanie ciekłym. Tego typu minerałów nigdy wcześniej nie wykryto nigdzie w zewnętrznej części Układu Słonecznego, poza orbitą Jowisza.
Zaskoczenie było tym większe, że żaden z badanych księżyców nie wykazuje śladów lodu wodnego na powierzchni – a w tej odległości od Słońca lód powinien być wszechobecny. To naprawdę zaskakujące, bo wszystko w tej części Układu Słonecznego jest bardzo lodowe – mówi Davis, dziś pracująca na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Zdaniem badaczy minerały te musiały pochodzić z głębokiego wnętrza znacznie większych, lodowych ciał – obiektów na tyle dużych, by wygenerować dość ciepła do stopienia lodu w ich wnętrzu.
Co ciekawe, na Proteuszu, największym z badanych księżyców, minerałów ilastych nie stwierdzono – być może uformował się on z innej części dysku szczątków albo przeszedł dodatkowe ogrzewanie, które zniszczyło te związki. Naukowcy natrafili też na wspólny dla wszystkich trzech księżyców, uwodniony minerał, którego jak dotąd nie udało się jednoznacznie zidentyfikować.
Katastrofa, która ukształtowała Neptuna
Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest scenariusz, w którym Neptun miał niegdyś układ dużych księżyców – podobny do tego, jaki dziś obserwujemy wokół Urana. Gdy w jego pole grawitacyjne trafił wędrujący z Pasa Kuipera Tryton, doszło do katastrofy: pierwotny system satelitów został rozerwany na kawałki. Z gruzu, który pozostał na orbicie – jak szacują naukowcy, zaledwie około 1 procent pierwotnej masy – z czasem połączyły się małe księżyce i pierścienie, które obserwujemy dziś.
Gdy do układu trafia Tryton i rozbija duże księżyce, zostaje w nim, jak sądzimy, zaledwie około 1 procent tego materiału – tłumaczy Davis. Badacze nie wykluczają też alternatywnego scenariusza: rozerwania pływowego dużego, zróżnicowanego wewnętrznie obiektu z Pasa Kuipera, zbliżonego rozmiarami do Plutona, który przeszedł zbyt blisko Neptuna.
Niezależnie od dokładnego przebiegu wydarzeń, odkrycie ma wyjątkową wartość naukową. Wnętrza dużych lodowych światów są zwykle niedostępne dla obserwacji – po prostu nie da się do nich zajrzeć. Tymczasem katastrofa przy Neptunie wywróciła fragment takiego świata na drugą stronę, pozwalając naukowcom bezpośrednio zbadać materiał, który normalnie pozostaje głęboko ukryty. Zespół zapowiada dalsze badania dynamiki tego procesu, by ustalić, jak duże musiały być pierwotne księżyce, by dostarczyć zaobserwowanego materiału.
Wyniki opublikowano 29 lipca w czasopiśmie Science Advances.
Źródła
Główne:
- Caltech,
- R. Davis i in., Neptune’s Inner Moons and Rings Are Exposed Icy Body Interiors,
Kontekstowe:
Opracowanie: Agnieszka Nowak
