Постійно затемнені регіони є не тільки на Церері, але ще й на Місяці з Меркурієм. У такі кратери, розташовані поблизу полюсів, ніколи не потрапляє сонячне світло. Отже, в них можуть зберігатися льоди різних летких сполук протягом мільйонів або навіть мільярдів років. Принаймні, це справедливо для Місяця і Меркурія. Але на Церері навіть у найтемніших кратерах вічної темряви виявилося несподівано мало льоду. Розгадати цю аномалію допомогли комплексний підхід до моделювання і детальна карта карликової планети.
Знімок північної півкулі Церери, зроблений апаратом Dawn у травні 2015 року / © NASA, JPL-Caltech, UCLA, MPS, DLR, IDA, Justin Cowart
Церера – найбільший об’єкт поясу астероїдів, і вона містить чи не більше води, ніж Земля. Ось тільки практично вся ця вода міститься в надрах карликової планети у формі льоду, перемішаного з глинами і гідратованими мінералами. Імовірно, існують глибинні резервуари з рідкою солоною водою, але підтвердити їхню наявність поки складно. Поверхня Церери позбавлена льоду, тому що він швидко сублімує під променями сонячного світла. Залишається тільки шар мінералів, з якими вода була пов’язана, – так виходить цереріанський реголіт.
Інша річ – постійно затемнені регіони карликової планети. Нахил осі її обертання становить приблизно три градуси, отже, у приполярних областях мають бути кратери вічної темряви. Туди не потрапляє сонячне світло, отже, подібні холодні пастки можуть містити лід, що зберігся з часів формування Церери або потрапив туди ззовні, внаслідок падіння іншого небесного тіла на карликову планету.
Анімація освітленості північної півкулі Церери залежно від кута нахилу її осі обертання: 2, 12 або 20 градусів. Синім показано регіони, де зберігається тінь за часів найменшого нахилу, червоним – під час найбільшого. Це виділення на знімках, які зробив зонд Dawn і воно не враховує даних моделювання з використанням трасування променів. Нова наукова робота показує, що навіть у тих кратерах, які залишаються затіненими в періоди найбільшого нахилу осі обертання Церери, відбитого від їхніх країв світла виявляється достатньо для нагрівання будь-якого льоду вище за температуру сублімації / © NASA, JPL-Caltech, UCLA, MPS, DLR, IDA
Нарешті, навіть незважаючи на щільний шар позбавленого льоду реголіту, з-під поверхні Церери все одно виходить невелика кількість водяної пари. У надрах лід теж повільно сублімує. І сила тяжіння на карликовій планеті досить велика, щоб вода, яка випаровується, формувала дуже тонку тимчасову атмосферу. Приблизно кожна тисячна молекула пари повинна осідати в холодних пастках.
Однак місія Dawn не виявила на Церері великої кількості льоду в кратерах вічної тіні. Це дуже спантеличило вчених. Одне з пояснень – нестабільність нахилу осі обертання карликової планети. У минулому гравітаційні збурення від Сатурна і Юпітера призводили до того, що Церера “нахилялася” на кут до 20 градусів проти нинішніх трьох. Під час таких пертурбацій велика частина території приполярних областей точно висвітлювалася. Проте холодні пастки все одно могли зберігатися за вдалого збігу обставин, а в них – найцінніший матеріал для вивчення умов у молодій Сонячній системі.
Нова наукова робота, опублікована в рецензованому журналі The Planetary Science Journal, ставить на цих надіях жирний хрест. Її автори – співробітники некомерційної дослідницької організації Planetary Science Institute(PSI) і Центру космічних польотів імені Годдарда(GSFC). Вони розробили новий метод реконструкції топографії на основі стереознімків, що дав їм змогу використовувати дані зонда Dawn для створення найдеталізованішої тривимірної карти приполярних областей Церери. Дослідники змогли визначити глибину і форму внутрішньої поверхні навіть тих кратерів, які на поодиноких фотографіях виглядали абсолютно затемненими і позбавленими деталей.
На наступному етапі знадобилася технологія трасування променів – за її допомогою вдалося уточнити, які ж області всередині кратерів вічної темряви насправді ніколи не отримують сонячне світло. До того ж використовуючи це моделювання, вдалося встановити температурний діапазон всередині холодних пасток. Важливо зазначити, що через нижчу роздільну здатність знімків південного полюса дослідники сфокусували свою увагу насамперед на цереріанській Арктиці.
Карта постійно затінених областей північної півкулі Церери, складена з урахуванням уточненої топографії поверхні та моделювання освітленості з використанням трасування променів. Кольорова шкала показує можливість існування постійно затінених областей залежно від кута нахилу осі обертання карликової планети: темно-синій відповідає двом градусам, яскраво-червоний – двадцяти / © Norbert Schorghofer et al., The Planetary Science Journal, DOI:10.3847/PSJ/ad3639
Висновки невтішні для тих, хто шукає найдавніший лід у внутрішній Сонячній системі десь, крім полярних регіонів Меркурія та Місяця. По-перше, на Церері немає жодної постійно затемненої області площею понад два квадратні кілометри північніше 87-го градуса широти. Південніше – їх немає зовсім.
По-друге, коли вісь обертання карликової планети нахиляється найсильніше, жодної холодної пастки не залишається. Таким чином, увесь лід на поверхні Церери, який зафіксував Dawn, молодший за людську цивілізацію: він не старший за 14 000 років, а найімовірніше, що йому близько 6000 років.
Можлива причина появи цих поверхневих крижаних відкладень – падіння великого астероїда на Цереру в проміжку часу між 14 і шістьма тисячами років тому. Частина вибитого з мантії карликової планети льоду осіла в холодних пастках. Ще один важливий результат нової наукової роботи: у постійно затінених регіонах Церери є тільки водяний лід, інших летких в астрофізичному сенсі сполук (наприклад, метану або аміаку) через порівняно високу температуру (вище 80 кельвінів) там бути не може.