Under Plutos "hjärta" ligger en förkylning, slaskigt hav av vattenis, enligt data från NASA:s New Horizons-uppdrag. I en tidning som publicerades i dag i tidskriften Natur , New Horizons-teamet, inklusive forskare från MIT, rapporterar att dvärgplanetens mest framträdande ytfunktion - en hjärtformad region som heter Tombaugh Regio - kan hysa en utbuktning, viskös, flytande hav strax under dess yta.

Förekomsten av ett hav under ytan kan lösa ett långvarigt pussel:I årtionden, astronomer har observerat att Tombaugh Regio, som är Plutos ljusaste region, ligger i linje nästan exakt mittemot dvärgplanetens måne, Charon, i en låst orientering som saknat en övertygande förklaring.

En tjock, tungt hav, de nya uppgifterna tyder på, kan ha fungerat som en "gravitationsanomali, " eller vikt, vilket skulle ha stor betydelse för Pluto och Charons gravitationella dragkamp. Under miljontals år, planeten skulle ha snurrat runt, anpassa sitt underjordiska hav och det hjärtformade området ovanför det, nästan precis mittemot längs linjen som förbinder Pluto och Charon.

"Pluto är svår att förstå på så många olika nivåer, " säger New Horizons medutredare Richard Binzel, professor i jord, atmosfäriska och planetära vetenskaper vid MIT. Binzel är också en gemensam professor i flygteknik och en fakultetsfilial med MIT Kavli Institute. "Folk hade funderat på om du kunde få ett underjordiskt vattenlager någonstans på Pluto. Det som är förvånande är att vi skulle ha någon information från en förbiflygning som skulle ge ett övertygande argument om varför det kan finnas ett hav under ytan där. Pluto fortsätter bara att överraska oss."

Funktioner från en förbiflygning

Den 19 januari 2006, New Horizons, en rymdfarkost ungefär lika stor som en liten flygel, lanserad från Cape Canaveral, Florida, på en nioårig resa till solsystemets avlägsna dvärgplanet. Den 14 juli, 2015, sonden närmade sig Pluto och tillbringade de följande tre månaderna med att observera dess yta innan den fullbordade förbiflygningen och fortsatte vidare till Kuiperbältet.

Under sin förbiflygning av Pluto, New Horizons samlade in mätningar av ytegenskaper, inklusive dimensionerna av Plutos ljusa, hjärtformad region. Särskilt, rymdfarkosten fokuserade på ett cirkulärt område i dess vänstra ventrikel, " heter Sputnik Planitia, som tros vara en gigantisk nedslagsbassäng. Från sondens mätningar, Binzel och hans kollegor bestämde storleken och djupet på Sputnik Planitia.

"Det är lika i proportionell storlek som de största bassängerna på Merkurius och Mars, " säger Binzel.

Forskarna fastställde att den hjärtformade regionen, och Sputnik Planitia i synnerhet, är inriktad nästan exakt motsatt Charon.

"New Horizons data säger att det inte bara är mitt emot Charon, men det är verkligen nära att vara nästan precis tvärtom, " säger Binzel. "Så vi frågade, vad är chansen att det händer slumpmässigt? Och det är mindre än 5 procent att det skulle vara så helt tvärtom. Och då blir frågan, vad var det som orsakade denna anpassning?"

Ett trögflytande hav

Den massiva bassängen ser också extremt ljus ut i förhållande till resten av planeten, och anledningen, New Horizons data tyder på, är att den är fylld med frusen kväveis.

Tidigare, Binzel och New Horizons-teamet hade hittat bevis på att detta flytande kväve kan vara ständigt uppfriskande, eller konvektion, till följd av en svag punkt i botten av bassängen. Denna svaga punkt kan låta värme stiga genom Plutos inre för att kontinuerligt konvektionera isen, bubblar över det "som kokande havregryn, " säger Binzel.

Till New Horizons-teamet, en svag punkt i Sputnik Planitias bassäng tyder på att planetens skorpa, särskilt i denna region, måste vara ganska tunn. Om en massiv stötkropp verkligen skapade bassängen, det kan också ha utlöst något material under ytan för att trycka den tunna skorpan utåt, orsakar en "positiv gravitationsanomali, "eller en tjock, tung massa, som skulle ha hjälpt till att anpassa regionen i förhållande till Charon.

Men vilken typ av material skulle skapa tillräckligt med gravitationsvikt för att omorientera planeten i förhållande till dess måne? För att svara på detta, teamet vände sig till en geofysisk modell av Plutos interiör, arbetar i mätningar från rymdfarkosten New Horizons.

"Pluto är tillräckligt liten för att den nästan nästan har svalnat men fortfarande har lite värme, och det är ungefär 2 procent av jordens värmebudget, när det gäller hur mycket energi som kommer ut, " säger Binzel. "Så vi beräknade Plutos storlek med dess inre värmeflöde, och fann att under Sputnik Planitia, vid dessa temperaturer och tryck, du kan ha en zon av vatten-is som kan vara åtminstone trögflytande. Det är inte en vätska, strömmande hav, men kanske slaskigt. Och vi fann att denna förklaring var det enda sättet att lägga pusslet som verkar vara vettigt."

Ett iskallt hjärta

Förutom att vara i linje med Charon, Plutos hjärta ligger nästan exakt vid ekvatorn - en plats som Binzels doktorand och medförfattare Alissa Earle har funnit kan ha hjälpt regionen att hålla sin linje med Charon låst stadigt på plats.

I en separat artikel som publicerades online i september i tidskriften Icarus, Earle modellerade Plutos yttemperaturer under miljontals år och fann att medan polerna upplever vilda temperatursvängningar, med långa kyliga vintrar och lika långa, varma somrar, ekvatorn har mer måttliga temperaturer. Det beror på att den cyklar genom dagtid och natt ganska regelbundet, var tredje dag.

Earle fann att om ljus is byggs upp vid polerna, det smälter helt enkelt bort när sommaren kommer tillbaka. Men om samma is bildas nära ekvatorn, det blir aldrig tillräckligt varmt för att smälta bort.

"Det som gör ekvatorn unik är, om du sätter en ljuspunkt där, för det blir aldrig för varmt eller kallt, då kommer ljuspunkten alltid att förbli kall, " säger Earle. "Om is ackumuleras vid ekvatorn, den kan hänga på den."

Earle modellerade regionens temperaturer under miljontals år, tittar på lutningen av Plutos axel, dess orientering mot solen, och dess dagliga rotation. Från allt detta, hon fann att Sputnik Planitias inlandsis sannolikt har bestått i miljontals år. Den långlivade avlagringen av is på Plutos "hjärta" kan också ha spelat en roll för att orientera planeten mot sin måne.

"Den här bassängen har förmodligen legat där länge och haft denna ljusa isfläck under mycket lång tid, " säger Earl. "Och det kan ha hjälpt till att få det att rotera dit det är idag."