Pluton i Charon: kosmiczny pocałunek w Pasie Kuipera

Nowe symulacje komputerowe sugerują, że największy księżyc Plutona mógł powstać w wyniku łagodnego zderzenia dwóch niewielkich ciał lodowo-skalistych. Badacze określają ten proces jako kiss and capture, ponieważ krótkie zetknięcie miało doprowadzić do tego, że mniejszy obiekt został przechwycony na orbitę Plutona i stworzył z nim stabilny układ

Od lat 90. XX w. naukowcy próbowali wyjaśnić, dlaczego Charon jest tak duży jak na księżyc – jego średnica to około połowa średnicy Plutona, a masa blisko 12 proc. masy planety karłowatej. Najpopularniejsza hipoteza zakładała, że Charon powstał podobnie jak Księżyc Ziemi, czyli po uderzeniu dużego obiektu, które wyrzuciło materiał na orbitę.

Wyniki symulacji nie były jednak jednoznaczne. Modele zakładały, że zderzające się ciała zachowują się jak płyn. To podejście sprawdza się przy planetach skalistych i gazowych, ale nie opisuje poprawnie mniejszych obiektów z Pasa Kuipera, które mają sztywne lodowe skorupy i skaliste jądra.

Na ten problem zwróciła uwagę Adeene Denton, planetolożka z Southwest Research Institute w Boulder. Jej zespół przygotował modele kolizji, które pozwalają takim obiektom rzeczywiście pękać, uginać się i zachowywać jak ciała stałe.

W rozmowie z Science News wyjaśnia, że kluczowa jest dynamika małych ciał: „Kiedy dwa ciała zderzają się w przestrzeni, nie są popychane w siebie przez zewnętrzną siłę. Zbliżają się do siebie, bo wzajemnie się przyciągają grawitacyjnie”. W przypadku obiektów tak małych jak Pluton i Charon oznacza to, że ich zderzenie nie musiało być katastrofalne.

Kiss and capture w praktyce

Symulacje Denton pokazały, że zderzenie Plutona i Charona mogło być stosunkowo… delikatne. Charon wszedł w zewnętrzne warstwy Plutona, ale oba obiekty pozostały w dużej mierze nienaruszone. Następnie na krótko obracały się razem jak jedno ciało, po czym siły związane z rotacją Plutona zaczęły oddzielać mniejszy obiekt.

Trwający około 30 godzin kontakt badacze określili jako pocałunek. Po nim nastąpił etap przechwycenia, w którym Charon został wypchnięty na orbitę Plutona i zaczął się stopniowo oddalać, aż osiągnął dzisiejszą pozycję.

Badaczka podkreśla, że podobne scenariusze mogą dotyczyć także innych par obiektów w Pasie Kuipera, między innymi Eris i Dysnomii oraz Orcusa i Vanth. „Jeśli to prawda, kiss and capture wydarzał się w całym Pasie Kuipera. To bardzo romantyczne” – stwierdza.

Co mówi powierzchnia Plutona

Uczeni od lat zastanawiają się, czy słynny jasny obszar w kształcie serca na powierzchni Plutona, widoczny na zdjęciach sondy New Horizons, może wiązać się z dawnym zderzeniem. Denton prowadziła symulacje, które mają pokazać, jak wytworzenie takiej struktury mogłoby wyglądać w czasie.

„Powstanie krateru uderzeniowego trwa sekundy lub godziny, a późniejsze zmiany geologiczne miliony i setki milionów lat” – wyjaśnia. Dlatego pracowała z dwoma różnymi typami oprogramowania: jednym do modelowania samego uderzenia, a drugim do dalszej ewolucji powierzchni.

To wymagające podejście. „Ciągle uruchamiałam modele i próbowałam wszystko zrozumieć, i to, w pewnym sensie, pochłonęło moje życie” –  mówi Denton.

Denton pracuje obecnie nad badaniami dotyczącymi księżyców Saturna, a zwłaszcza przyczyn aktywności geologicznej Enceladusa. Planuje też rozszerzać modele kiss and capture na kolejne obiekty w Pasie Kuipera, aby sprawdzić, jak często taki mechanizm mógł występować.