Dvärgplaneten Ceres kan vara hundratals miljoner mil från Jupiter, och ännu längre från Saturnus, men gravitationens enorma inverkan från dessa gasjättar har en märkbar effekt på Ceres orientering. I en ny studie, forskare från NASA:s Dawn-uppdrag beräknar att den axiella lutningen av Ceres - vinkeln med vilken den snurrar när den färdas runt solen - varierar kraftigt under loppet av cirka 24, 500 år. Astronomer anser att detta är en förvånansvärt kort tidsperiod för sådana dramatiska avvikelser.

Förändringar i axiell lutning, eller "oskuld, " över Ceres historia är relaterade till den större frågan om var fruset vatten kan hittas på Ceres yta, forskare rapporterar i tidskriften Geofysiska forskningsbrev . Med tanke på förhållandena på Ceres, is skulle bara kunna överleva vid extremt kalla temperaturer – t.ex. i områden som aldrig ser solen.

"Vi hittade en korrelation mellan kratrar som stannar i skuggan vid maximal snedställning, och ljusa avlagringar som sannolikt är vattenis, sade Anton Ermakov, postdoktor vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, och huvudförfattare till studien. "Regioner som aldrig ser solljus under miljontals år är mer benägna att ha dessa avlagringar."

Obliquitys cykler

Under de senaste 3 miljoner åren, Ceres har gått igenom cykler där dess lutning varierar från cirka 2 grader till cirka 20 grader, beräkningar visar.

"Vi kan inte direkt observera förändringarna i Ceres orientering över tiden, så vi använde Dawn-rymdfarkostens mätningar av form och gravitation för att exakt rekonstruera vad som visade sig vara en dynamisk historia, sa Erwan Mazarico, en medförfattare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Förra gången dvärgplaneten nådde en maximal lutning, som var ca 19 grader, var 14, 000 år sedan, sa forskare. För jämförelse, Jorden lutar 23,5 grader. Denna betydande lutning får vår planet att uppleva årstider:Det norra halvklotet upplever sommar när det är orienterat mot solen, och vinter när den pekar bort från solen. Däremot Ceres nuvarande lutning är cirka 4 grader, så det kommer inte att ha så starka årstidseffekter under loppet av ett år där (vilket är ungefär 4,6 jordår).

Hur obliquity relaterar till is

När den axiella lutningen är liten, relativt stora områden på Ceres får aldrig direkt solljus, speciellt vid polerna. Dessa ihållande skuggade områden upptar en yta på cirka 800 kvadratkilometer (2, 000 kvadratkilometer). Men när snedheten ökar, fler av kratrarna i polarområdena exponeras direkt för solen, och ihållande skuggade områden upptar endast 0,4 till 4 kvadratkilometer (1 till 10 kvadratkilometer). Dessa områden på Ceres yta, som stannar i skuggan även vid hög snedställning, kan vara tillräckligt kall för att behålla is på ytan, Dawn-forskare sa.

Dessa kratrar med områden som stannar i skuggan under långa tidsperioder kallas "köldfällor, " eftersom de är så kalla och mörka att flyktiga - ämnen som lätt förångas - som migrerar in i dessa områden inte kan fly, till och med över en miljard år. En studie från 2016 av Dawn-teamet i Nature Astronomy fann ljust material i 10 av dessa kratrar, och data från Dawns synliga och infraröda kartläggningsspektrometer indikerar att en av dem innehåller is.

Den nya studien fokuserade på polära kratrar och modellerade hur skuggning fortskrider när Ceres axiella lutning varierar. På norra halvklotet, endast två ihållande skuggade områden förblir i skuggan vid maximal 20-graders lutning. Båda dessa regioner har ljusa fyndigheter idag. På södra halvklotet, det finns också två ihållande skuggade områden med högsta snedställning, och en av dem har helt klart en ljus insättning.

Skuggade regioner i sammanhang

Ceres är den tredje kroppen i solsystemet som visar sig ha permanent skuggade områden. Merkurius och jordens måne är de andra två, och forskare tror att de fick sin is från stötande kroppar. Dock, Merkurius och månen har inte så stor variation i sina lutningar på grund av den stabiliserande gravitationsinverkan från solen och jorden, respektive. Ursprunget till isen i Ceres köldfällor är mer mystiskt – det kan komma från Ceres själv, eller kan levereras av nedslag från asteroider och kometer. Oavsett, förekomsten av is i köldfällor kan relateras till en svag vattenatmosfär, som upptäcktes av ESA:s Herschel Space Observatory 2012-13. Vattenmolekyler som lämnar ytan skulle falla tillbaka på Ceres, med en del landning i köldfällor och samlas där.

"Tanken att is skulle kunna överleva på Ceres under långa perioder är viktig när vi fortsätter att rekonstruera dvärgplanetens geologiska historia, inklusive om det har avgett vattenånga, sa Carol Raymond, biträdande huvudutredare för Dawn-uppdraget och medförfattare till studien, baserad på JPL.