Почему не замёрз океан на Плутоне?

Долгое время астрономы полагали, что Плутон — обледенелый каменный шар, на котором вообще ничего не происходит. Такое мнение вообще-то нельзя назвать безосновательным — всё же он в 30 раз дальше то Солнца, чем Земля, и температуры там соответствующие. Однако в июле 2015 года до Плутона добрался космический зонд New Horizons, и выяснилось, что всё не так просто.

Для начала оказалось, что на планете сохранилась тектоническая активность — азотные и метановые ледники на её поверхности вполне подвижны. А моделирование и вовсе показало, что под ледяной корой Плутона может находиться жидкий водяной океан. А вот это уже требует весьма нетривиального объяснения.

Дело в том, что, как мы знаем из школьного курса физики, вода имеет рекордную удельную теплоту плавления и рекордную же теплоёмкость, то есть для того, чтобы растопить хотя бы часть льда, нужна энергия. Очень много энергии. И если со спутниками планет-гигантов всё более-менее ясно — вблизи гигантских планет и приливные силы тоже гигантские, то с Плутоном «приливная гипотеза» не работает — его спутники слишком малы для этого.

Объяснить, почему океан до сих пор не замёрз, в принципе не трудно — ледяная кора Плутона, состоящая по большей части из газогидратов, неплохой теплоизолятор, способный удерживать тепло миллиарды лет. А вот чтобы выяснить, откуда это тепло взялось, учёным пришлось обратиться к истории возникновения Плутона.

Согласно классической теории формирования планет, Плутон около 4,5 миллиардов лет назад, вместе со всей Солнечной системой, и первоначально формировался из пыли и холодного газа. Потом тяжёлые радиоактивные элементы осели к центру и сформировали горячее ядро, которое растопило окружающие породы. Но тогда Плутон должен был сначала резко сжаться, потом постепенно расшириться, что не могло не отразиться на рельефе его поверхности.

New Horizons действительно смог снять на поверхности трещины, которые говорят то ли о сжатии, то ли о расширении. Но с тем же успехом они могли стать результатом обратного процесса — замерзания воды, которое, как известно, сопровождается увеличением объёма. Согласно классической модели, в первый миллиард лет расширение было быстрым, а потом замедлилось.

Но судя по результатам определения возраста деталей ландшафта Плутона, никакого сжатия не было, а только расширение, то есть океан был на Плутоне изначально. В принципе, источником растопившего воду тепла мог быть сам процесс роста карликовой планеты.

Но для того, чтобы это было так, а тепло накапливалось, а не уходило на отопление космоса, этот рост должен был быть весьма быстрым. По современным же представлениям, тело размером с Плутон на периферии системы должно было формироваться сотни миллионов лет — это слишком долго, тепла от такой медленной метеоритной бомбардировки на изготовление целого океана не хватит. Поэтому астрономам пришлось обратиться к альтернативной модели роста планет.

По этой модели долго растёт зародыш-планетезималь размером около 300 километров, а потом будущая планета начинает «пылесосить» орбиту своей гравитацией, процесс резко ускоряется и на формирование Плутона размером в 2300 километров уходит всего 30 тысячелетий. Тогда энергии вполне хватает, чтобы растопить воду, которая постепенно смерзается в газогидраты, образующие теплоизоляцию, хранящую остатки былого океана до наших дней.