Paysage majestueux : un nouveau modèle explique les plaines sinueuses de Pluton

Zoom / Les polygones du Planétium Spoutnik.

Les attentes concernant la géologie active sur Pluton étaient très faibles avant l’arrivée de la sonde New Horizons. Mais les images qui sont revenues de la planète naine ont révélé un monde de montagnes, de collines et… d’étranges objets grumeleux qui n’ont apparemment aucun équivalent terrestre. L’une des choses étranges les plus remarquables était la plaine de Spoutnik Planitia, remplie d’azote glacé qui avait été divisé en polygones séparés par des sillons de plusieurs dizaines de mètres de profondeur.

Les scientifiques ont rapidement trouvé une explication partielle à ces structures : la convection, dans laquelle les différences de chaleur provoquent l’écoulement de la glace d’azote plus profonde et plus chaude à travers le matériau plus mou vers la surface. Le problème est qu’il n’y a pas de sources de chaleur évidentes au plus profond de la planète. Maintenant, cependant, un groupe de chercheurs européens suggère que la convection pourrait être entraînée par le refroidissement de la surface, plutôt que par la chaleur de l’intérieur de la planète. Le secret est que la glace d’azote se sublime directement dans les vapeurs.

manque de chaleur

Il est difficile d’expliquer les formations sur de petits corps glacés comme Pluton, car les scientifiques spéculent qu’il manque de sources de chaleur qui déplacent la tectonique des plaques, comme celles de la Terre. Ces corps glacés sont suffisamment petits pour que la chaleur générée par les collisions qu’ils ont provoquées, ainsi que la planète naine, se soit dissipée il y a longtemps. Et ils n’ont pas assez de matière métallique pour que les isotopes radioactifs fournissent une génération continue de chaleur. Les quelques exceptions à cela, comme Europe et Encelade, sont chauffées par les interactions gravitationnelles avec les planètes géantes qui les gravitent, mais ce n’est pas non plus une option pour Pluton.

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En tant que tel, il est difficile de trouver une source de chaleur significative qui existe encore des milliards d’années après la formation du système solaire. C’est un problème avec l’idée de convection. Ici sur Terre, la convection interne de la planète est entraînée par la chaleur s’échappant du noyau de la planète. Cette convection entraîne à son tour l’activité volcanique à la surface. Sans ce genre de chaleur, il est difficile de voir comment la convection pourrait entraîner les caractéristiques que nous voyons sur Pluton.

L’idée de l’équipe européenne était que ce n’était pas la chaleur absolue qui était nécessairement nécessaire pour entraîner la convection. C’est plutôt la différence de température qui est importante (ainsi que la capacité du matériau en question à se déformer). Ainsi, la méthode de refroidissement de la surface peut être aussi efficace que la méthode de chauffage de l’intérieur.

Et il y avait un candidat clair pour cela. Lorsqu’elle est réchauffée par le soleil, une petite quantité de glace d’azote s’évapore en un gaz dans un processus appelé sublimation. Au cours du processus, les molécules d’azote qui s’échappent avec elles absorbent une partie de la chaleur de la glace, fournissant une petite quantité de refroidissement. Ce n’est pas sur la base de chaque atome, mais Spoutnik Planitia est un vaste plan de glace et a traversé des milliards d’années pour subir une sublimation.

De plus, les chercheurs ont déjà expliqué d’autres fonctionnalités sur Pluton Peut être produit par sublimation.

modèle sublime

Évidemment, nous ne pouvons pas aller sur Pluton pour déterminer si de l’azote s’échappe de la surface. Au lieu de cela, l’équipe de recherche a construit un modèle de convection et utilisé des valeurs physiques raisonnables pour les propriétés de la glace d’azote et la quantité d’énergie dont elle dispose. Dans d’autres cas, ils ont fait varier les paramètres sur une plage pour voir quelles valeurs pourraient conduire à un comportement différent.

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Dans un premier test, ils ont exécuté leur modèle en utilisant la sublimation pour fournir une différence de température pour la glace et ont exécuté une deuxième version du modèle qui fournissait simplement un gradient de température pour la glace. Dans ce dernier cas, les polygones s’étaient déjà formés, mais ils semblaient différents de ce que nous voyons sur Pluton. Peut-être plus important encore, ses points culminants étaient près des bords des polygones, plutôt qu’au centre. En revanche, lorsque la sublimation était utilisée, les choses ressemblaient beaucoup à Pluton.

En testant divers paramètres, l’équipe a pu déterminer que les matériaux très visqueux finissent par caler à mesure que moins de matériaux frais remontent à la surface. Pour des viscosités très faibles, il a fini par ne pas former de régions de contraste significatif entre elles, il n’y a donc pas de régions limites apparentes.

Regarder les polygones évoluer indique qu’ils émergent progressivement d’instabilités aléatoires de convection puis se réorganisent progressivement dans les espaces en forme de plaques qui forment les côtés des polygones. De même, les petites barres s’intensifient progressivement en une seule grande vague ascendante qui forme la région médiane de la colonne.

Cependant, le degré auquel ce système peut fonctionner dépend des détails de l’orbite de Pluton, des détails qui changent sur des périodes de millions d’années. Il est donc possible que les caractéristiques se soient formées et aient disparu plusieurs fois au cours de l’histoire de la planète naine.

tempérer la nature, 2021. DOI : 10.1038 / s41586-021-04095-w (À propos des DOI).

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