La luna di Plutone, Caronte, potrebbe aver avuto un oceano sotterraneo

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Credit: NASA, ESA and G. Bacon (STScI)

La principale luna di Plutone, Caronte, potrebbe aver avuto nel suo passato un oceano sotterraneo.
Eventuali fratture nella crosta ghiacciata potrebbero indicare un nucleo caldo, almeno per un certo periodo di tempo, capace di mantenere l'acqua allo stato liquido.

Per ora si tratta solo di ipotesi, pubblicate in uno studio finanziato dalla NASA, sulla rivista Icarus ma per una conferma bisognerà attendere l'arrivo nel sistema di Plutone della sonda della NASA New Horizons a luglio 2015.

The interior and orbital evolution of Charon as preserved in its geologic record [abstract]

Pluto and its largest satellite, Charon, currently orbit in a mutually synchronous state; both bodies continuously show the same face to one another.
This orbital configuration is a natural end-state for bodies that have undergone tidal dissipation.
In order to achieve this state, both bodies would have experienced tidal heating and stress, with the extent of tidal activity controlled by the orbital evolution of Pluto and Charon and by the interior structure and rheology of each body.
As the secondary, Charon would have experienced a larger tidal response than Pluto, which may have manifested as observable tectonism. Unfortunately, there are few constraints on the interiors of Pluto and Charon.
In addition, the pathway by which Charon came to occupy its present orbital state is uncertain.
If Charon’s orbit experienced a high-eccentricity phase, as suggested by some orbital evolution models, tidal effects would have likely been more significant.
Therefore, we determine the conditions under which Charon could have experienced tidally-driven geologic activity and the extent to which upcoming New Horizons spacecraft observations could be used to constrain Charon’s internal structure and orbital evolution.
Using plausible interior structure models that include an ocean layer, we find that tidally-driven tensile fractures would likely have formed on Charon if its eccentricity were on the order of 0.01, especially if Charon were orbiting closer to Pluto than at present.
Such fractures could display a variety of azimuths near the equator and near the poles, with the range of azimuths in a given region dependent on longitude; east–west-trending fractures should dominate at mid-latitudes.
The fracture patterns we predict indicate that Charon’s surface geology could provide constraints on the thickness and viscosity of Charon’s ice shell at the time of fracture formation.

Plutone è un mondo lontano in orbita intorno al Sole oltre 29 volte più distante della Terra, con una temperatura superficiale stimata di -229 gradi Celsius, decisamente troppo freddo per avere acqua liquida in superficie e le sue lune si trovano nella stessa condizione.

"I nostri modelli prevedono diversi tipi di fratture sulla superficie di Caronte a seconda dello spessore del ghiaccio superficiale, della struttura interna della luna, di come si deforma e di come si è evoluta la sua orbita", ha detto Alyssa Rhoden del NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland.
"Confrontando le prossime osservazioni di Caronte di New Horizons con le varie previsioni, potremo sapere quale si adatta meglio e scoprire se Caronte avrebbe potuto avere un oceano sotterraneo nel suo passato, guidato da un'elevata eccentricità", aggiunge Rhoden, che è anche autore della pubblicazione.

D'altra parte il Sistema Solare interno presenta diversi esempi di lune ghiacciate con la superficie fratturata, come la luna di Giove, Europa o la luna di Saturno, Encelado.

Si ritiene che Caronte un tempo avesse un'orbita più ellittica rispetto a quella attuale (circolare) tanto che le forze di marea, ossia il braccio di ferro gravitazionale tra Plutone e la luna stessa, fossero abbastanza intense da produrre attriti interni e fratture superficiali, mantenendo un calore interno in grado di conservare l'acqua allo stato liquido.

La luna è insolitamente massiccia rispetto al suo pianeta, circa un ottavo della massa di Plutone, un record nel Sistema Solare.

Si pensa che si sia formata molto più vicina a Plutone di quanto non lo sia oggi.
Un gigantesco impatto avrebbe espulso molto materiale dalla superficie del pianeta che sarebbe rimasto in orbita, aggregatosi poi per gravità, formando Caronte e altre lune minori.

"A seconda di come si è evoluta esattamente l'orbita di Caronte, in particolare se è passata attraverso una fase di alta eccentricità, ci può essere stato abbastanza calore da deformazione di marea per mantenere acqua allo stato liquido sotto la superficie di Caronte per qualche tempo", spiega Rhoden.

"Utilizzando modelli plausibili di struttura interna, che includono un oceano, abbiamo scoperto che non ci sarebbe voluta molta eccentricità (meno di 0,01) per generare fratture superficiali, come quelle di Europa".

"Dal momento che è così facile da ottenere fratture, se si arriva a Caronte e non ce ne sono, bisognerà chiedersi com'era la sua eccentricità e quanto caldo sarebbe potuto essere il suo interno".

Ora Caronte ha un orbita circolare stabile ed insieme a Plutone ha una rotazione lenta a tal punto tanto che i due corpi si mostrano sempre lo stesso lato. La sua traiettoria è quindi piuttosto tranquilla e non dovrebbe generare maree significative per cui un eventuale oceano passato, ormai, non dovrebbe più esistere.

Le lune ghiacciate con mari sotterranei attivi sono tra i target più importanti del nostro Sistema Solare perché dove c'è acqua allo stato liquido potrebbe esserci potenzialmente anche la vita ma la vita richiede anche una fonte di energia, un rifornimento di elementi chiave come il carbonio, l'azoto e il fosforo e un tempo abbastanza lungo per potersi sviluppare. Oltre a scoprire se Caronte abbia mai avuto un oceano di acqua liquida, bisognerà quindi capire anche quanto è durato e con quali condizioni ambientali.