Ein überraschender chemischer Unterschied zwischen Pluto und Sedna, einem weiteren Zwergplaneten im entfernten Kuipergürtel, hilft Wissenschaftlern, ihre jeweiligen Massen festzunehmen, berichtet eine neue Studie.
Der Kuiper-Gürtel ist eine Region im Raum jenseits der Umlaufbahn von Neptun, in der Pluto und die meisten bekannten Zwergplaneten sowie einige Kometen beheimatet sind, die als Relikte der Planetenbildung des Sonnensystems angesehen werden.
“Kuiper -Belt -Objekte sind eisige Welten (die) sagen, wie sich die Bedingungen vor Milliarden von Jahren hatten”, erklärte Amelia Bettati, ein Forscher an der Elon University in North Carolina. “Wenn Sie sie studieren, können Wissenschaftler verstehen, wie Planeten gebildet und weiterentwickelt wurden.”
Jüngste spektroskopische Nahinfrarotstudien, die vom James Webb Space Telescope (JWST) durchgeführt wurden, ergab, dass Pluto sowohl Methan als auch Ethan auf seiner Oberfläche enthält. Key Flüchtige Moleküle, die häufig im äußeren Sonnensystem gefunden wurden, und als Überreste aus dem Zeitpunkt der Gründung der Planeten angesehen wurden. Es wurde festgestellt, dass Sedna, die weniger als halb so breit wie Pluto ist, nur Methan aufweist.
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“Wir stellten die Hypothese auf, dass der Grund für diesen Unterschied darin besteht, dass Sedna viel kleiner ist als Pluto, so dass seine Schwerkraft schwächer ist”, sagte Bettati gegenüber Space.com. “Diese schwächere Schwerkraft ermöglicht es Methan, über Milliarden von Jahren in den Weltraum zu fliehen, während Ethane, eine schwerere Verbindung, zurückbleibt.”
Während frühere Studien eine allgemeine Grenze zwischen Objekten identifiziert haben, die an diesen flüchtigen und solchen, die nicht, festhalten können, bietet der Unterschied zwischen Pluto und Sedna einen neuen Hinweis darauf, wie spezifische Fluchtprozesse die Oberflächenzusammensetzungen dieser entfernten Objekte beeinflussen könnten. Sedna liegt in der Nähe der Massenschwelle, an der flüchtige Personen verloren gehen, die Bedeutung des Verständnisses, wie bestimmte Chemikalien beibehalten oder verloren gehen, insbesondere beim Vergleich verschiedener Kuiper -Gürtel -Objekte.
“Indem wir untersuchten, wie Methan und Ethan aus Sedna entkommen, berechneten wir, wie massiv Sedna sein muss, um seine aktuelle Oberflächenzusammensetzung zu erklären”, sagte Bettati. “Um das Fehlen von Methan, aber das Vorhandensein von Ethan auf Sedna zu erklären, müssen wir die Mindestschätzung für Sedna erhöhen. Dies ist wichtig, da dies dazu beiträgt, unser Verständnis von Sednas Struktur und Geschichte zu verfeinern.”
In ihrer Studie modellierten Bettati und Co-Autor Jonathan Lunine vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und des California Institute of Technology die Methan- und Ethanwerte auf Sedna. Sie verifizierten die Genauigkeit ihres Modells mit zwei Analoga: Comet 67p/Churyumov-Gerasimenko und Saturn’s Moon Enceladus.
Die Europas Rosetta -Sonde untersuchte Comet 67p aus der Nähe, und die Cassini -Raumfahrzeuge der NASA sammelte während der Zeit der Sonde im Saturn -System eine Fülle von Daten über Enceladus.
“Beide Objekte haben genau definierte Messungen und sind Objekte des äußeren Sonnensystems, was die Berücksichtigung von Analoga rechtfertigt”, sagte Bettati.
Um herauszufinden, ob genug Methan und Ethan aus diesen Objekten entkommen sind, um nicht mehr in ihren Oberflächenspektren aufzutauchen, mussten die Wissenschaftler schätzen, wie viel dieser Chemikalien ursprünglich im Inneren gefangen waren.
Sie haben dies unter zwei verschiedenen Szenarien gemacht. Einer ging davon aus, dass das Verhältnis von Methan und Ethan zu Wassereis ähnlich ist, was an Enceladus gemessen wurde, während ein anderer das Verhältnis im Comet 67p im Winter betrachtete. Diese Vergleiche halfen ihnen, zu verstehen, wie viele dieser Verbindungen im Laufe der Zeit verloren gegangen sein könnten.
“(Wir haben das Jeans-Fluchtmodell verwendet (das) eine Art thermische Flucht ist, die von der atmosphärischen Temperatur angetrieben wird, bei der die am schnellsten bewegenden Moleküle die Fluchtgeschwindigkeit überschreiten, aber der Großteil der Moleküle nicht”, sagte Bettati.
Sie verwendeten auch ein anderes Modell, das als hydrodynamische Flucht bekannt ist, das auftritt, wenn der Großteil der Moleküle entkommen kann, und nicht nur diejenigen am Ende der Hochgeschwindigkeitsende der Verteilung. “Ein Großteil der Atmosphäre ist in Bewegung und entkommt in den Weltraum”, sagte Bettati.
Die Modelle zeigten, dass Methan auf Pluto stabil geblieben ist, aber aufgrund seiner niedrigeren Masse aus Sedna entkam. Ethane ist jedoch bei beiden Objekten stabil geblieben, selbst wenn zwei verschiedene Outgasing -Raten verwendet wurden – 100% (was auf volle Freisetzung von flüchtigen Bestandteilen) und 10% (eine kleinere Freisetzung) angeht.
Dieses Ergebnis stimmt mit den beobachteten Oberflächenspektren überein und liefert eine genauere Massenschätzung für SEDNA. Das Modell erklärt auch das Fehlen von Methan an einem anderen Kuiper -Gürtel -Objekt, der als Gonggong bekannt ist.
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“Wie Sedna fehlt auch Gonggong Oberflächenmethan”, sagte Bettati. “Da Gonggong in der Größe von SEDNA ähnlich ist, glauben wir, dass Methan in ähnlicher Weise aus ihm entkommen sein muss. Dies deutet darauf hin, dass kleinere Kuiper -Gürtel -Objekte im Laufe der Zeit Methan verlieren, während größere, wie z. B. Pluto, daran festhalten können.
“Wenn Wissenschaftler wissen, welche Gase wahrscheinlich in verschiedenen Kuiper -Gürtelobjekten, ihren Verlustraten und ihren früheren Kompositionen vorhanden sind, können sie zukünftige Missionen besser planen.”
Diese Ergebnisse helfen Wissenschaftlern, in Verbindung mit JWST -Beobachtungen zu verstehen, wie sich Atmosphären und Oberflächenzusammensetzungen im Kuipergürtel und darüber hinaus verändern.
“Es wird hervorgehoben, wie JWST unser Verständnis der am weitesten entfernten Solarsystemkörper revolutioniert”, sagte Bettati.
Die neue Studie wurde im Februar in der Zeitschrift Icarus veröffentlicht.
