Lód wodny i metan na powierzchni karłowej planety

Lód wodny i metan na powierzchni karłowej planetyOriginal Press Release
Jak sądzą astronomowie badający odległą karłową planetę 2007 OR10 – której nadano przydomek 'Królewna Śnieżka' (Snow White) – starożytne, wyrzucające błoto wulkany pokryły jej powierzchnię lodem wodnym.

Dostrzegasz taki miły obraz obiektu, który był kiedyś małym, aktywnym światem z wulkanizmem wodnym i atmosferą, lecz teraz jest tylko martwym, zamarzniętym światem powoli tracącym resztki atmosfery.

prof. Mike Brown, Caltech

Planeta karłowa 2007 OR10 została odkryta w 2007 roku przez doktorantkę Browna Meg Schwamb. Okrąża ona Słońce na skraju Układu Słonecznego i jest o połowę mniejsza od Plutona, co czyni ją piątą co do wielkości planetą karłowatą. W tym czasie Brown sądził błędnie, że było to lodowe ciało, który oderwało się od innej planety karłowej – Haumei – i to on nadał jej przydomek Królewny Śnieżki sądząc, że jej powierzchnia jest biała.

Wkrótce jednak dalsze obserwacje wykazały, że Śnieżka jest w rzeczywistości jednym z najbardziej czerwonych obiektów w Układzie Słonecznym. Kilka innych planet karłowych na skraju Układu Słonecznego ma także tę barwę. Te odległe planety karłowe należą do licznej grupy lodowych ciał zwanych obiektami Pasem Kuipera (KBO – Kuiper Belt Object)). W tym czasie wydawało się, że Śnieżka, choć stosunkowo duża, to obiekt niczym nie wyróżniający się, jedna z ponad 400 kandydatów na planety karłowe spośród setek tysięcy KBO.

„Każda z dużych, karłowych planet, ma coś ciekawego do przekazania „- mówi Brown. -” Jednak Śnieżka męczyła nas przez lata bowiem nie mogliśmy się dowiedzieć, co chciała nam przekazać.” W owym czasie kamera bliskiej podczerwieni (Near Infrared Camera – NIRC) Obserwatorium Keck, będąca w latach 90. XX wieku najlepszym narzędziem astronomów do badanie KBO przeszła na emeryturę, więc szczegółowe obserwacje 2007 OR10 stały się niemożliwe. Karłowa planeta musiała zaczekać.

Tymczasem Adam Burgasser, były absolwent Browna, a obecnie profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, pracował nad projektem nowego instrumentu – FIRE (Folded-port Infrared Echellette). Wreszcie zeszłej jesieni Brown, Burgasser, uczony i doktor Wesley Fraser wykorzystali ten nowy instrument zainstalowany na 6,5-metrowym teleskopie Magellan Baade Telescope w Chile do bliższego przyjrzenia się 2007 OR10.

Tak jak oczekiwali Śnieżka była czerwona. Ale ku ich zaskoczeniu, widma wykazały, że jej powierzchnia była pokryta lodem wodnym. „To był wielki szok „- mówi Brown. -„Lód wodny nie jest przecież czerwony.” Choć lód taki występuje powszechnie w zewnętrznym Układzie Słonecznym, to prawie zawsze jest biały.

Istnieje jednak jeszcze jedna planeta karłowa, która jest jednocześnie czerwona oraz pokryte lodem wodnym. To Quaoar, w którego odkryciu Brown pomógł w 2002 roku. Quaoar jest nieco mniejszy niż Śnieżki, ale nadal jest wystarczająco duże, aby mieć atmosferę i powierzchnię pokrytą wulkanami wyrzucającymi lodowe błoto, zamarzające następnie na jego powierzchni.

Ale ponieważ Quaoar nie jest wystarczająco duży jak takie planety karłowe, jak Pluton i Eris, nie był w stanie zatrzymać lotnych substancji, takich jak metan, tlenek węgla lub azot. Kilka miliardów lat po powstaniu Quaoar  zaczął tracić atmosferę, z której do dzisiaj pozostały jedynie resztki metanu. Z biegiem czasu, pod wpływem promieniowania kosmicznego, metan, składający się z atomu węgla związanego z czterema atomami wodoru, przekształcił się w długie łańcuchy węglowodorów mających czerwoną barwę. Podobnie jak szron pokrywający zimnym rankiem trawnik, napromieniowane łańcuchy powstałe z metanu pokrywają lodową powierzchnię Quaoara, nadając jej różowe zabarwienie.

Widmo 2007 OR10 wygląda podobnie do widma Quaoara, co wskazuje, ża na obu planetach karłowych zaszły te same procesy. „To połączenie – wody i czerwonej barwy – mówi do mnie: metan „- wyjaśnia Brown. -„Patrzymy w zasadzie na ostatnie tchnienie Śnieżki. Przez cztery i pół miliarda lat, Śnieżka krążyła tam w dali, powoli tracąc swoją atmosferę, teraz pozostały już zaledwie jej resztki.”

Choć widmo Śnieżki wyraźnie wskazuje na obecność lodu wodnego, Brown twierdzi, że nie ma jeszcze jednoznacznych dowodów istnienia na jej powierzchni metanu. Aby to potwierdzić, astronomowie będą musieli skorzystać z dużego teleskopu, takiego jak ten w Obserwatorium Keck. Jeśli obecność metanu zostanie potwierdzona, to Śnieżka wraz z Quaoarem znajdą się w pośredniej klasie planet karłowych pomiędzy obiektami wystarczająco dużymi, by zachować lotne związki a mniejszymi obiektami, stanowiącymi większość KBO.

Dyrektor Obserwatorium Keck Taft Armandroff wskazuje, że: -„Praca Mike Browna i jego zespołu ujawnia naturę najmniej znanych obiektów w Układzie Słonecznym. Z niecierpliwością czekamy na wykorzystanie przez zespół naszych podczerwonych spektrografów do osiągnięcia większego zrozumienia Śnieżki i podobnych do niej obiektów na peryferiach Układu Słonecznego.”

Źródła:

Ice & Maybe Methane on ‘Snow White’ Dwarf Planet

Ancient slush-spewing volcanoes slopped water ice across half the surface of the so-called “Snow White” world, say astronomers studying the distant dwarf planet 2007 OR10. Although it will take the giant W. M. Keck Observatory telescopes to be sure, the latest findings from the Magellan Baade Telescope in Chile also suggest that the red-tinged dwarf planet also may be covered in a thin layer of methane, the remnants of an atmosphere that’s slowly being lost into space.

“You get to see this nice picture of what once was an active little world with water volcanoes and an atmosphere, and it’s now just frozen, dead, with an atmosphere that’s slowly slipping away,” says Mike Brown, the Richard and Barbara Rosenberg Professor and professor of planetary astronomy at California Institute of Technology (Caltech), who is the lead author on a paper to be published in the Astrophysical Journal Letters describing the findings. The paper is now in press.

Snow White—which was discovered in 2007 as part of the PhD thesis of Brown’s former graduate student Meg Schwamb—orbits the sun at the edge of the solar system and is about half the size of Pluto, making it the fifth largest dwarf planet. At the time, Brown had guessed incorrectly that it was an icy body that had broken off from another dwarf planet named Haumea; he nicknamed it Snow White for its presumed white color.

Soon, however, follow-up observations revealed that Snow White is actually one of the reddest objects in the solar system. A few other dwarf planets at the edge of the solar system are also red. These distant dwarf planets are themselves part of a larger group of icy bodies called Kuiper Belt Objects (KBOs). As far as the researchers could tell, Snow White, though relatively large, was unremarkable—just one out of more than 400 potential dwarf planets that are among hundreds of thousands of KBOs.

“With all of the dwarf planets that are this big, there’s something interesting about them—they always tell us something,” Brown says. “This one frustrated us for years because we didn’t know what it was telling us.” At that time, the Near Infrared Camera (NIRC) at the Keck Observatory— which Caltech professor of physics Tom Soifer and chief instrument scientist Keith Matthews helped design in the 1990s—was the best instrument astronomers had to study KBOs, according to Brown. But NIRC had just been retired, so no one could observe 2007 OR10 in detail. “It kind of languished,” he says.

Meanwhile, Adam Burgasser, a former graduate student of Brown’s and now a professor at UC San Diego, was helping to design a new instrument called the Folded-port Infrared Echellette (FIRE). Last fall, Brown, Burgasser, and postdoctoral scholar Wesley Fraser used this instrument with the 6.5-meter Magellan Baade Telescope in Chile to take a closer look at 2007 OR10.

As expected, Snow White was red. But to their surprise, the spectrum revealed that the surface was covered in water ice. “That was a big shock,” Brown says. “Water ice is not red.” Although ice is common in the outer solar system, it’s almost always white.

There is, however, one other dwarf planet that’s both red and covered with water ice: Quaoar, which Brown helped discover in 2002. Slightly smaller than Snow White, Quaoar is still big enough to have had an atmosphere and a surface covered with volcanoes that spewed an icy slush, which then froze solid as it flowed over the surface.

But because Quaoar isn’t as big as dwarf planets like Pluto or Eris, it could not hold onto volatile compounds like methane, carbon monoxide, or nitrogen as long. A couple of billion years after Quaoar formed, it began to lose its atmosphere to space; now, all that remains is some methane. Over time, exposure to the radiation from space turned that methane—which consists of a carbon atom bonded to four hydrogen atoms—into long hydrocarbon chains, which look red. Like the frost that covers a lawn on a cold morning, the irradiated methane sits on Quaoar’s icy surface, giving it a rosy hue.

The spectrum of 2007 OR10 looks similar to Quaoar’s, suggesting that what happened on Quaoar also happened on 2007 OR10. “That combination—red and water—says to me, ‘methane,’” Brown explains. “We’re basically looking at the last gasp of Snow White. For four and a half billion years, Snow White has been sitting out there, slowly losing its atmosphere, and now there’s just a little bit left.”

Although Snow White’s spectrum clearly shows the presence of water ice, Brown says, the evidence for methane is not yet definitive. To find out, the astronomers will have to use a big telescope like the one at the Keck Observatory. If it turns out that Snow White does indeed have methane, it will join Quaoar as one of only two dwarf planets that straddle the border between the handful of objects large enough to hold onto volatile compounds, and the smaller bodies that make up the vast majority of KBOs.

Keck Observatory Director Taft Armandroff commented “The work of Mike Brown and his team is revealing some of the least understood objects in our solar system.  We eagerly await the team’s use of Keck Observatory’s infrared spectrographs to gain greater understanding of Snow White and her outer solar system counterparts.”

Another task, Brown says, is to give the dwarf planet an official name, since “Snow White” was just a nickname he and his colleagues used. Besides, the moniker no longer makes sense for describing this very red object. Before the discovery of water ice and the possibility of methane, “2007 OR10” might have sufficed for the astronomy community, since it didn’t seem noteworthy enough to warrant an official name. “We didn’t know Snow White was interesting,” Brown says. “Now we know it’s worth studying.”

To learn more, visit http://www.mikebrownsplanets.com. The research described in the Astrophysical Journal Letters paper, “The surface composition of large Kuiper Belt Object 2007 OR10,” was supported by the NASA Planetary Astronomy program.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *