Этот мир в форме футбольного мячя — самый странный в Солнечной системе

Ученые НАСА использовали компьютерное моделирование, чтобы выяснить, как карликовая планета Хаумеа стала одним из самых необычных объектов в нашей Солнечной системе. Хаумеа расположена в поясе Койпера ледяных миров за пределами орбиты Нептуна. Почти такой же большой, как Плутон, Хаумеа — странный мир во многих отношениях. В отличие от любого другого объекта такого размера, он вращается быстрее всего, совершая оборот вокруг своей оси всего за четыре часа. Поскольку Хаумеа вращается так быстро, планета больше похожа на сдутый футбольный мяч, чем на сферу. Его поверхность в основном состоит из водяного льда, в отличие от почти любого другого объекта в поясе Койпера, за исключением дюжины «братьев» с похожими орбитами, составляющих единственную известную «семью» в регионе.

Как это произошло

Ученый из НАСА Джессика Новиелло задалась вопросом: «Как могло возникнуть нечто столь странное, как этот мир странной формы?»? Новиелло и ее коллеги обратились к компьютерным моделям, чтобы понять химические и физические процессы Хаумеа, разорвав его на части и собрав заново. «Чтобы понять, что случилось с Хаумеа, нам нужно установить временные рамки для всего, что произошло во время формирования нашей Солнечной системы, которая связывает все воедино», — сказал Стив Деш, профессор астрофизики в Университете штата Аризона в Темпе, который сотрудничал с Новиелло и другими в эксперименте по моделированию, описанном в Журнал планетарной науки 29 сентября.

Загадка карликовой планеты

Новиелло работал в лаборатории Деша с 2019 по 2020 год в качестве научного сотрудника. В течение нескольких лет Деш работал со своими учениками, чтобы собрать воедино разрозненные подсказки, чтобы раскрыть историю эволюции Хаумеа. «У Хаумеа много странных, «офигенных» частей, — сказал Деш, — и объяснить их все — непростая задача». Ни один спутник еще не посещал карликовую планету, поэтому данных мало, потому что она слишком далеко, чтобы ее можно было точно измерить с помощью наземного телескопа. По этой причине ученые полагаются на компьютерные модели, чтобы делать прогнозы о Хаумеа (и других малоизвестных мирах). В своей первоначальной модели исследователи ввели предполагаемый размер и массу Хаумеа, а также его четырехчасовой рабочий день, как единственные три части информации.

Свойства странного мира

Размер, плотность, плотность и размер ядра Хаумеа, среди прочего, были предсказаны моделями. Используя эту информацию, Новиелло создал математические уравнения, которые рассчитали объем Хаумеа и количество льда на нем. Кроме того, вращение Хаумеа рассчитывалось на основе распределения массы на планете. Эта информация послужила основой для предсказания того, как ребенок Хаумеа превратится в зрелую карликовую планету, которой он является. Cегодня посредством моделирования миллиардов лет эволюции. «Мы хотели понять Хаумеа фундаментально, прежде чем тыкая назад во времени, — сказал Новиелло. Чтобы учесть членов семьи, которые когда-то были частью карликовой планеты, ученые подсчитали, что она была на 3% массивнее. Предполагая, что скорость вращения и объем Хаумеа могли быть другими, они также предположили, что у него был больший объем.

Модели здесь, модели там

Настраивая одну из этих функций в своей модели за раз, они смоделировали, как небольшие изменения в первые годы жизни Хаумеа повлияют на ее эволюцию. Ученые поняли, что нашли правильную историю, когда моделирование дало результаты, похожие на сегодняшнюю Хаумеа. Модель, созданная Новиелло и ее коллегами, предполагает, что Хаумеа столкнулся с другим объектом, когда планеты только формировались, и все вокруг кипело вокруг Солнечной системы. Несмотря на то, что удар мог бы отбить части, Новиелло и ее коллеги предполагают, что эти части не соответствуют той семье Хауме, которую мы видим сегодня. Их теория состоит в том, что такое столкновение разбросает осколки Хаумеа в гораздо большем количестве, чем у членов его семьи.

Семья Хаумеан

Семья Хаумеан, которую мы видим сегодня, появилась позже. Именно тогда начала формироваться структура карликовой планеты: в центре оседал плотный каменистый материал, а на поверхности поднимался легкий лед. «Когда вы концентрируете всю массу на оси, вы уменьшаете момент инерции, поэтому Хаумеа вращается даже быстрее, чем сегодня», — сказал Деш. Ученые подсчитали, что лед отлетел от поверхности достаточно быстро, чтобы создать семейство Хаумеан. По словам исследователя НАСА Марка Невё, камни Хаумеа выделяли тепло, которое растапливало лед под поверхностью, создавая океан (больше не существующий) под поверхностью. Большое глиняное ядро ​​образовалось вокруг Хаумеа, когда вода впитала каменистый материал в его центре, заставив его набухнуть. По мере того, как ядро ​​Хаумеа становилось больше, его момент инерции увеличивался, что замедляло его вращение.