Gesimuleerd beeld van Pluto's Wright Mons vulkaan. Nature Communications
Pluto, de grootste dwergplaneet van het zonnestelsel, is zojuist nog interessanter geworden door het bericht dat ijzige lavastromen onlangs aanzienlijke delen van zijn oppervlak hebben bedekt. In deze context betekent “recent” waarschijnlijk niet meer dan een miljard jaar geleden. Dat is natuurlijk oud – en er wordt niet gesuggereerd dat er nog vulkanen actief zijn – maar het is slechts een kwart van de leeftijd van het zonnestelsel en niemand weet hoe Pluto aan de hitte heeft kunnen komen die nodig was om deze erupties aan te drijven.
Het nieuws, dat bijna zeven jaar komt nadat NASA’s New Horizons sonde op 14 juli 2015 zijn spectaculaire flyby van Pluto maakte, is te danken aan de analyse van beelden en andere gegevens door een team onder leiding van Kelsi Singer van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado.
Singer’s team vestigt in het bijzonder de aandacht op een bergachtige eigenschap genaamd Wright Mons, die 4-5km boven zijn omgeving uitsteekt. De basis is ongeveer 150 km breed en heeft een centrale depressie (een gat) van 40-50 km breed, met een bodem die minstens zo laag is als het omringende terrein.
Het team beweert dat Wright Mons een vulkaan is, en voert het ontbreken van inslagkraters aan als bewijs dat het niet waarschijnlijk is dat het ouder is dan 1-2 miljard jaar. Veel andere gebieden op Pluto zijn er lang genoeg geweest om grote aantallen inslagkraters te verzamelen – geen recente ijzige lavastromen hebben ze bedekt.
Wat vulkanen betreft, is Wright Mons een grote. Zijn volume overschrijdt 20 duizend kubieke kilometer. Hoewel aanzienlijk minder dan het volume van Mars’ grootste vulkanen, is dit vergelijkbaar met het totale volume van Hawaii’s Mauna Loa, en veel groter dan het volume van zijn boven zeeniveau gelegen deel. Dit is bijzonder indrukwekkend gezien de geringe omvang van Pluto, met een diameter van ongeveer een derde van die van Mars en een zesde van die van de aarde.
Hoogteprofiel van Wright Mons (blauwe lijn), vergeleken met het boven zeeniveau gelegen deel van Hawaii’s Mauna Loa (blauwe lijn) en de grootste vulkanen op Mars (rode lijnen).
Singer et al. (2022)
De Wright dingen
In detail blijkt dat de hellingen van Wright Mons en een groot deel van zijn omgeving vol zitten met bulten die tot 1 km hoog zijn en meestal 6-12 km in doorsnee. Het team concludeert dat deze heuvels voornamelijk uit waterijs bestaan, en niet uit stikstof- of methaanijs zoals in sommige andere jonge gebieden op Pluto. Zij stellen dat dit strookt met de materiaalsterkte die nodig is om deze koepels te vormen en in stand te houden, maar zij herkennen wel kleine vlekken van veel zwakker stikstof-ijs, vooral in de centrale depressie.
De heuvels zijn waarschijnlijk ontstaan door een soort ijsvulkanisme, bekend onder de technische term “cryovolcanisme” – het uitbarsten van ijskoud water in plaats van gesmolten gesteente. De bulkdichtheid van Pluto toont aan dat hij in zijn binnenste gesteente moet hebben, maar zijn buitenste gebieden zijn een mengsel van ijs (water, methaan, stikstof en waarschijnlijk ook ammoniak en koolmonoxide, die allemaal minder dan een derde van de dichtheid van gesteente hebben) op dezelfde manier als de korst van de Aarde en andere rotsachtige planeten een mengsel van verschillende silicaatmineralen is.
250 km breed beeld gecentreerd op Wright Mons.
NASA/JHUAPL/SwRI
Bij Pluto’s oppervlaktetemperatuur van ver onder de -200°C is ijs gemaakt van bevroren water immens sterk. Het kan (en op Pluto doet het dat ook) steile bergen vormen die eeuwig standhouden zonder dat ze naar beneden zakken zoals een gletsjer op de veel minder frigide Aarde, waar water-ijs zwakker is.
Wat doet het ijs smelten?
IJs smelt natuurlijk bij veel lagere temperaturen dan gesteente. En wanneer er een mengsel is van twee soorten ijs, kan het smelten beginnen bij een lagere temperatuur dan voor elk van de zuivere soorten ijs (hetzelfde principe geldt voor silicaatgesteente dat uit verschillende mineralen bestaat). Dit maakt het smelten nog gemakkelijker. Desondanks is het een verrassing om bewijzen te vinden van relatief jonge waterrijke cryovolcanische uitbarstingen op Pluto, omdat er geen bekende warmtebron is om ze aan te drijven.
Er is slechts zeer beperkte ruimte voor Pluto’s inwendige om verwarmd te worden door getijdenkrachten – een gravitatie-effect tussen om elkaar heen draaiende lichamen, zoals een maan en een planeet – die het inwendige van sommige manen van Jupiter en Saturnus verwarmen. En de hoeveelheid gesteente in Pluto is niet groot genoeg om veel warmte te produceren door radioactiviteit.
Singer en haar collega’s speculeren dat Pluto op de een of andere manier warmte vasthield vanaf zijn geboorte, die pas laat in de geschiedenis van het lichaam naar buiten kon lekken. Dit zou in overeenstemming zijn met het feit dat Pluto een diepe interne oceaan van vloeibaar water heeft, zoals op basis van ander bewijs wordt gesuggereerd.
Als de heuveltjes waaruit Wright Mons is opgebouwd inderdaad uitbarstingen van water-ijs voorstellen, dan stroomde dit spul duidelijk niet vrij als vloeibaar water, maar moet het een soort kleverige kristalrijke “brij” zijn geweest, misschien binnen een volledig bevroren, maar nog steeds buigzame, buitenste schil die elke uitstorting van vloeistof in een koepel-achtige heuveltje ophield.
Een gat in het argument?
Het team beroept zich op de diepte en het volume van de centrale depressie van Wright Mons om eerdere suggesties te verwerpen dat dit een vulkanische krater (een caldera) is of dat deze is uitgegraven door explosieve erupties. In plaats daarvan beschouwen zij het als een kloof die op de een of andere manier vermeden heeft bedekt te worden door uitbarstende hummocks.
Ik heb daar mijn twijfels over, want er is een nog grotere waarschijnlijke vulkaan, Piccard Mons, ten zuiden van Wright Mons die ook een grote centrale depressie heeft. Het lijkt me te toevallig dat er twee naast elkaar gelegen vulkanen zijn met toevallig gaten in het midden. Ik denk dat het waarschijnlijker is dat deze centrale depressies op de een of andere manier een rol hebben gespeeld bij de groei of de uitbarsting van deze vulkanen.
Hoogtekaart met de ringvormige Wright Mons in de noordelijke helft en de nog grotere Piccard Mons in de zuidelijke helft.
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Piccard Mons is minder goed gekarakteriseerd dan Wright Mons omdat, tegen de tijd dat New Horizons zijn dichtste nadering maakte, de rotatie van Pluto Piccard Mons naar de duisternis had gevoerd. De flyby was zo snel dat alleen de kant van Pluto die op het juiste moment naar de zon gericht was, in detail te zien was. New Horizons was echter in staat om Piccard Mons in beeld te brengen dankzij zonlicht dat zwak op de grond werd weerkaatst door nevel in de atmosfeer van Pluto.
Leer meer:
NASA-missie brengt Pluto scherp in beeld – maar het is nog steeds geen planeet
Dat was een opmerkelijke prestatie, maar het laat ons achter om meer te willen weten. Welke extra details liggen er op de loer in de slecht in beeld gebrachte helft van Pluto? Het zal waarschijnlijk nog tientallen jaren duren voordat we daar achter komen, of veel meer te weten komen over hoe deze ijzige vulkanen zijn ontstaan.
David Rothery is hoogleraar planetaire geowetenschappen aan de Open Universiteit. Hij is mede-leider van de Mercury Surface and Composition Working Group van de European Space Agency's, en mede-onderzoeker aan MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) die nu op weg is naar Mercurius aan boord van de Mercury orbiter BepiColombo van de European Space Agency's. Hij heeft financiering ontvangen van de UK Space Agency en de Science & Technology Facilities Council voor werkzaamheden in verband met Mercurius en BepiColombo, en van de Europese Commissie in het kader van haar Horizon 2020-programma voor werkzaamheden op het gebied van planetaire geologische kartering (776276 Planmap). Hij is auteur van Planet Mercury – from Pale Pink Dot to Dynamic World (Springer, 2015), Moons: A Very Short Introduction (Oxford University Press, 2015) en Planets: A Very Short Introduction (Oxford University Press, 2010). Hij is Educator op de Open University's free learning Badged Open Course (BOC) on Moons en de equivalente FutureLearn Moons MOOC, en voorzitter van de Open University's level 2 course on Planetary Science and the Search for Life.
