Sputnik Planitia (den vänstra loben av Plutos "hjärta") tros vara det yttre solsystemets motsvarighet till en månens "mascon" (masskoncentration). Som mascons på månen, Sputnik Planitia tros vara en nedslagsbassäng, fylld med lavas (på Pluto, kryogena isar ersätter lavas). Kredit:James Keane
Sputnik Planitia, en 1, 000 kilometer bred bassäng inom det ikoniska hjärtformade området som observerats på Plutos yta, kan vara på sin nuvarande plats eftersom ansamling av is fick dvärgplaneten att välta, skapar sprickor och spänningar i skorpan som pekar mot närvaron av ett hav under ytan.
Publicerad i numret 17 november av Natur , detta är slutsatserna av forskning av James Keane, en doktorand vid University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, och hans rådgivare, biträdande professor Isamu Matsuyama. De föreslår bevis på att fryst kväve hopar sig som kastar hela planeten iväg, ungefär som en snurra med en tuggummi klistrad på, i en process som kallas sann polarvandring.
"Det finns två sätt att ändra rotationen av en planet, " sa Keane. "Den första – och den vi alla är mest bekanta med – är en förändring i planeten är en förändring i planetens snedställning, där planetens rotationsaxel omorienterar sig i förhållande till resten av solsystemet. Den andra vägen är genom sann polarvandring, där spinnaxeln förblir fixerad med avseende på resten av solsystemet, men planeten omorienterar sig under den."
Planeter gillar att snurra på ett sätt som minimerar energi. Kortfattat, detta betyder att planeter gillar att omorientera sig för att placera eventuell extra massa närmare ekvatorn, och eventuella massunderskott närmare polen. Till exempel, om en jättevulkan skulle växa i Los Angeles, jorden skulle omorientera sig för att placera L.A. på ekvatorn.
För att förstå polarvandring på Pluto, man måste först inse att till skillnad från jorden, vars spinnaxel endast lutar något så att områdena runt ekvatorn får mest solljus, Pluto är som en snurra som ligger på sidan. Därför, planetens poler får mest solljus. Beroende på säsong, det är antingen det ena eller det andra, medan Plutos ekvatorialområden är extremt kalla, hela tiden.
Eftersom Pluto är nästan 40 gånger längre från solen än vad vi är, det tar den lilla kulan av sten och is 248 jordår att fullborda ett av sina egna år. På Plutos lägre breddgrader nära ekvatorn, temperaturen är nästan så kalla som minus 400 grader Fahrenheit, tillräckligt kall för att förvandla kväve till ett fruset fast ämne.
Under loppet av ett Pluto-år, kväve och andra exotiska gaser kondenserar på de permanent skuggade områdena, och slutligen, när Pluto går runt solen, de frusna gaserna värms upp, bli gasformig igen och åter kondensera på andra sidan planeten, vilket resulterar i säsongsbetonat "snöfall" på Sputnik Planitia.
Den här animationen visar hur Pluto omorienterade sig som svar på att flyktiga isar fyllde Sputnik Planitia (den vänstra loben av Plutos "Hjärta"). Sputnik Planitia startade nordväst om sin nuvarande position, och när den fylldes med is, tidvattnet från Charon (Plutos största måne) fick hela dvärgplaneten att omorientera sig, och rikta in Sputnik Planitia med Plutos tidvattenaxel (linjen som går genom Pluto och Charon). Om Sputnik Planitia fortfarande samlar is, då kanske Pluto fortfarande omorienterar sig. Kredit:Animation av James Tuttle Keane. Kartor över Pluto och Charon av NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
"Varje gång Pluto går runt solen, lite kväve ansamlas i hjärtat, " sa Keane. "Och när tillräckligt med is har samlats, kanske hundra meter tjock, det börjar överväldiga planetens form, som dikterar planetens orientering. Och om du har ett överskott av massa på en plats på planeten, den vill gå till ekvatorn. Så småningom, under miljontals år, det kommer att dra över hela planeten."
På sätt och vis, Pluto är en (dvärg)planet vars form och position i rymden styrs av dess väder.
"Jag tror att den här idén om en hel planet som släpas runt av flyktiga ämnen inte är något som många verkligen hade tänkt på tidigare, " sa Keane.
De två forskarna använde observationer som gjordes under New Horizons förbiflygning och kombinerade dem med datormodeller som gjorde det möjligt för dem att ta en ytfunktion som Sputnik Planitia, flytta runt den på planetens yta och se vad det gör med planetens spinnaxel. Och visst, i modellerna, det geografiska läget för Sputnik Planitia hamnade misstänkt nära där man kunde förvänta sig att det skulle vara.
Om Sputnik Planitia var en stor positiv massavvikelse – kanske på grund av laddning av kväve-is – skulle den naturligt migrera till Plutos tidvattenaxel med avseende på Charon, Plutos största måne, när det närmar sig ett minimienergitillstånd, enligt Keane och Matsuyama. Med andra ord, den massiva ansamlingen av is skulle hamna där den orsakar minsta vingling i Plutos spinnaxel.
Detta fenomen med polarvandring är något som upptäcktes med jordens måne och med Mars, också, men i de fallen hände det i det avlägsna förflutna, miljarder år sedan.
"På Pluto, dessa processer är för närvarande aktiva, " sa Keane. "Hela dess geologi - glaciärer, berg, dalar – verkar vara kopplade till flyktiga processer. Det skiljer sig från de flesta andra planeter och månar i vårt solsystem."
Den geologiska strukturen under ytan av Sputnik Planitia, som tros vara en uråldrig nedslagsbassäng som sedan dess har fyllts med flyktiga isar. På Pluto, det är möjligt att den förtunnade skorpan ligger över ett hav med flytande vatten. Kredit:James Keane
Och inte bara det, simuleringarna och beräkningarna förutspådde också att ansamlingen av frusna flyktiga ämnen i Plutos hjärta skulle orsaka sprickor och fel på planetens yta på exakt samma platser där New Horizons såg dem.
Förekomsten av tektoniska fel på Pluto antyder att det finns ett hav under ytan någon gång i Plutos historia, Keane förklarade.
"Det är som att frysa isbitar, " sa han. "När vattnet förvandlas till is, den expanderar. På planetarisk skala, denna process bryter ytan runt planeten och skapar de fel vi ser idag."
Tidningen publiceras tillsammans med en rapport av Francis Nimmo från University of California Santa Cruz och kollegor, som också överväger konsekvenserna för Plutos skenbara omorientering. Författarna till den artikeln håller med om tanken att tidvattenkrafter kan förklara den nuvarande platsen för Sputnik Planitia, men för att deras modell ska fungera, ett hav under ytan skulle behöva finnas på Pluto idag.
Båda publikationerna understryker föreställningen om en överraskande aktiv Pluto.
"Innan New Horizons, folk tänkte vanligtvis bara på flyktiga ämnen i form av en tunn frostfaner, en yteffekt som kan ändra färgen, eller påverka lokal eller regional geologi, " sa Keane. "Att rörelsen av flyktiga ämnen och skiftande is runt en planet kan ha en dramatisk, planetrörlig effekt är inte något någon skulle ha förutspått."
