IJzig Pluto bevat vloeibaar water

Astronomie

Op de nieuwe foto’s van Pluto staat een wit hart. De helft is een inslagkrater die is opgevuld met ijs. Eronder moet een oceaan van zout water liggen, blijkt nu.

Schematische weergave van de veranderende orïentatie van dwergplaneet Pluto, in reactie op een grote inslag. Illustratie James Keane

Onder het oppervlak van de ijzige dwergplaneet Pluto gaat een oceaan van (min of meer) vloeibaar water schuil. Planeetwetenschappers uit de VS en Japan zeggen daarvoor een duidelijke aanwijzing te hebben gevonden.

Ze baseren zich op computermodellen waarmee ze een groot inslagbekken hebben onderzocht. Dit inslagbekken is vorig jaar op beelden van de langs Pluto scherende ruimtesonde New Horizons ontdekt. Hun onderzoek is woensdag gepubliceerd door het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Het draait allemaal om Sputnik Planitia, een kom in het oppervlak van Pluto die deels gevuld is met ijs. Op de foto’s van New Horizons is een groot, licht hart te zien op de dwergplaneet. De linkerhelft van dat hart is het Sputnik-bekken.

Opmerkelijk: het centrum van dat bekken ligt vrijwel precies tegenover de grote maan Charon, waarmee Pluto een tweeling vormt.

Het ontstaan van Sputnik Planitia wordt toegeschreven aan een grote inslag die miljarden jaren geleden heeft plaatsgevonden. De kans dat zich uitgerekend op deze plek een groot object in Pluto heeft geboord wordt heel klein geacht. Daarom vermoeden wetenschappers dat het Sputnik-bekken niet altijd op de verbindingslijn Pluto-Charon heeft gelegen.

Dat zou betekenen dat de dwergplaneet sinds de inslag zodanig is gedraaid dat het inslagbekken bij de evenaar is komen te liggen. Onmogelijk is dat niet, maar zo’n draaiing is alleen verklaarbaar als zich ter plaatse iets heel zwaars bevindt – een zogeheten positieve massa-anomalie. Planeten hebben de neiging om hun oriëntatie aan te passen aan de manier waarop hun massa is verdeeld. Als zich bijvoorbeeld op IJsland een kolossale vulkaan zou vormen, zou de aarde zich geleidelijk zo draaien dat die aan de evenaar komt te liggen.

Het probleem is echter dat er bij een inslag normaal gesproken juist een negatieve massa-anomalie ontstaat – een ‘tekort’ aan massa dus. Een inslagkrater is immers een gat waaruit materiaal is weggeblazen.

Bevroren stikstof

De foto’s die New Horizons heeft gemaakt, laten zien dat Sputnik Planitia deels is opgevuld met bevroren stikstof, afkomstig uit de atmosfeer. Deze ijslaag kan echter lang niet dik genoeg zijn om tot een positieve massa-anomalie te komen. Er moet dus nog een andere factor in het spel zijn.

Om die factor op te sporen, hebben de wetenschappers met computersimulaties onderzocht wat de gevolgen van een grote inslag op Pluto zijn. Uit de resultaten blijkt dat er maar één scenario is dat de (vermeende) massaconcentratie in het Sputnik-bekken kan verklaren. En dat scenario staat of valt met de aanwezigheid van een ‘ondergrondse’ oceaan van zout water.

Net als een bowlingbal die je op een trampoline laat vallen, veroorzaakt een grote inslag een deuk in het oppervlak van een planeet, gevolgd door een terugslag. Bij die terugslag stijgt materiaal vanuit de diepte – in dit geval een brij van water en zout – omhoog. Als dat opwellende materiaal een grotere dichtheid heeft dan het bij de inslag weggeblazen ijs, vlakt dat de oorspronkelijk negatieve massa-anomalie uit.

De modelberekeningen geven aan dat de gewenste positieve massa-anomalie wordt bereikt als de laag stikstofijs die zich nadien in het bekken heeft afgezet, ongeveer 7 kilometer dik is – een waarde die overeenstemt met de waarnemingen. Ook voorspellen de simulaties dat zo’n lokale ophoping van ijs barsten en breuken in het Pluto-oppervlak zou veroorzaken. En die zijn precies op de voorspelde plekken te zien.