Dypfrosset dverg er sprell levende

Mørk, iskald og livløs – astronomene hadde ikke høye tanker om Pluto, men nye bilder fra New Horizons-sonden snur opp ned på den oppfatningen. Avleiringer av organisk stoff og revner i isen tyder på at det skjuler seg et hav under skorpen. Kanskje finnes det liv i solsystemets iskalde utkant.

Mørk, iskald og livløs – astronomene hadde ikke høye tanker om Pluto, men nye bilder fra New Horizons-sonden snur opp ned på den oppfatningen. Avleiringer av organisk stoff og revner i isen tyder på at det skjuler seg et hav under skorpen. Kanskje finnes det liv i solsystemets iskalde utkant.

SwRI/JHUAPL/NASA

Spenningen var nesten uutholdelig. Klokken ni om morgenen 14. juli 2015 ventet lederen av New Horizons-prosjektet, Alan Stern, i kontrollrommet ved Johns Hopkins University i Maryland sammen med 2000 inviterte gjester.

Etter ni års reise skulle New Horizons-sonden i en presisjonsmanøver fly tett forbi Pluto fem millioner kilometer fra jorden. Og med sondens hastighet på 52 000 km/t kunne en kollisjon med selv et støvkorn spolere to tiår med arbeid på et øyeblikk.

Plutselig kom de første signalene fra satellitten. Få sekunder senere begynte store datamaskiner å avkode signalene, og en etter en meldte operatørene ved skjermene sine at de sju vitenskapelige instrumentene hadde fungert perfekt.

Så brøt jubelen ut.

Jubelen brøt ut i kontrollrommet ved Johns Hopkins University da New Horizons-sonden sendte de første signalene fra Pluto i 2015. Først nå har forskerne bearbeidet alle bildene.

© Bill Ingalls/NASA

Men hvis Stern og de andre forskerne hadde visst hvilken rikdom av informasjon New Horizons ville rekke å samle inn under sin 24 timer lange forbiflyvning, ville begeistringen nok ha fått taket til å lette.

I de følgende 16 månedene tikket 50 gigabits med data inn til kontrollsenteret med en ulidelig langsom hastighet på én kilobit i sekundet på grunn av den store avstanden og sondens begrensede strømforsyning.

Nå kan vi se Pluto fra baksiden

Allerede de første nærbildene av Plutos solbelyste forside, som vendte ut mot New Horizons, revolusjonerte forskernes kunnskap om den fjerne dvergplaneten på grunn av den høye bildeoppløsningen, som viste detaljer på ned til 75 meter.

Før besøket til New Horizons visste astronomene stort sett bare at Pluto hadde en delvis rødfarget overflate og is på polene. Sondens bilder avslørte fjellkjeder, isvulkaner og det enorme kometkrateret Sputnik Planitia med isbreer av nitrogenis.

Nå har forskerne endelig fått bearbeidet bildene av Plutos bakside som sonden tok fra større avstand i dagene opp til forbiflyvningen. Her er oppløsningen lavere, men bildene viser likevel detaljer på ned til to kilometer, noe som er 250 ganger bedre enn fotografier fra romteleskopet Hubble.

©

Pluto viser seg fra alle sider

Med de nye bildene av Plutos bakside kan vi se hele dvergplaneten, som er mye mer levende enn antatt.

For første gang kan vi betrakte Pluto i sin helhet, og konklusjonen er mildt sagt forbløffende. Pluto er ikke den døde isklumpen som astronomene så for seg, men en geologisk aktiv klode. Og under den tykke skorpen av is gjemmer det seg et indre hav der det kanskje kan være liv.

Dvergplanet er mindre enn månen

Inntil for hundre år siden kjente ingen til Plutos eksistens.

Omkring år 1900 konkluderte den amerikanske astronomen Percival Lowell at en ukjent planet langt ute i solsystemet forstyrret banene til Uranus og Neptun.

Tre tiår senere, i 1930, la den unge astronomen Clyde Tombaugh merke til en liten prikk som i løpet av noen dager beveget seg nærmere stjernebildet Tvillingene. Han hadde oppdaget den forutsagte planeten, som fikk navnet Pluto etter Pluton, det romerske navnet for dødsrikets gud.

I begynnelsen mente astronomene at Pluto hadde en masse omtrent som jorden, og det var først i 1978, da den amerikanske astronomen James Christy oppdaget den store månen Charon, det det ble mulig å beregne Plutos masse, som bare er omkring 0,2 prosent av jordens masse.

Den presise diameteren på 2376 kilometer har først blitt fastslått med målingene til New Horizons.

Selv om New Horizons bare fløy forbi Pluto i 24 timer, har sondens bilder gitt forskerne et helt nytt syn på dvergplaneten.

© NASA

Pluto er dermed mindre enn månen, og på grunn av den beskjedne størrelsen og den store avstanden var dvergplaneten stort sett uutforsket før New Horizons fløy forbi i en avstand på 12 500 kilometer.

Fjell av is er seks kilometer høye

Forskerne fryktet at de første nærbildene av Pluto bare ville vise en død stein med intakte nedslagskratre fra solsystemets barndom. Men bildene avslørte en klode der geologisk aktivitet hele tiden fornyer overflaten og har skapt forrevne fjellkjeder av isklipper og kilometerhøye, knivskarpe pigger av frosset metan.

Overflatetemperaturen på Pluto er minus 233 grader celsius, og det gjør at isen som utgjør grunnfjellet, er hard som granitt og kan bygge over seks kilometer høye fjell. Overflaten er mange steder dekket av frosset nitrogen, som er mykere. Nitrogen dominerer atmosfæren.

Pluto har kløfter som er dypere enn Grand Canyon, fjell som er høyere enn Mount Everest, og isvulkaner som kanskje har vært i utbrudd og spydd ut flytende vann for bare noen millioner år siden.

Bildene avslørte dessuten de tydelige sporene av to voldsomme kollisjoner som har skapt og formet dvergplaneten. Det første fant sted for over fire milliarder år siden, da Pluto og den store månen Charon ble dannet ved et sammenstøt mellom to iskloder.

For over fire milliarder år siden dundret to iskloder sammen og dannet Pluto og den store månen Charon. Skyen av stein, is og gass ble til de fire små månene, mens varmen fra sammenstøtet smeltet Plutos isdekke og skapte et enormt hav.

© Lotte Fredslund & NASA

1. Kometer var bygningsmaterialet for Pluto og Charon

To iskloder støtte sammen og ble til Pluto og den store månen Charon. De to klodene var sannsynligvis dannet ved sammenstøt av over en milliard kometer. Plutos atmosfære og issletten Sputnik Planitia inneholder nemlig mye nitrogen, som svarer til innholdet av kometer.

© Lotte Fredslund & NASA

2. De små månene ble bygget etter sammenstøtet

Kollisjonen mellom isklodene sendte ut en sky av stein, is og gass som ble til Plutos fire små måner: Styx, Nix, Kerberos og Hydra. Kerberos er overraskende mørk og kan være en rest av den opprinnelige iskloden som dundret inn i Pluto. I forgrunnen ser vi Charon.

© SwRI/JHUAPL/NASA

3. Hele Plutos overflate var dekket av hav

Sammenstøtet varmet opp Pluto så mye at isen smeltet og dekket dvergplaneten med et dypt hav. Da havoverflaten frøs til is, oppsto det revner i skorpen (piler) fordi isen utvidet seg. Det mørke krateret, Sputnik Planitia, ble dannet ved et senere kometnedslag.

Ifølge forskernes opprinnelige teori var dvergplaneten fra starten dekket av is, men varme fra radioaktive nedbrytinger i steinkjernen smeltet isen innenfra, slik at det oppsto et indre hav under isdekket.

Hvis det var slik det gikk for seg, ville isdekket på overflaten trekke seg sammen og danne rynker som på et gammelt, innskrumpet eple.

Med tiden ville varmen fra kjernen bli mindre i takt med færre og færre radioaktive nedbrytinger. Dermed ville isskorpen igjen bli tykkere og utvide seg, slik at det oppsto store revner.

Forskerne forventet derfor at Plutos overflate ville være dekket av gamle rynker og nyere revner, men kameraene til New Horizons så bare revner, og derfor har en ny teori nå fått vind i seilene.

24 timer varte det da New Horizons fløy forbi Pluto i en avstand på 12 500 kilometer.

Da forstadiene til Pluto og Charon dundret sammen, utløste det så mye varme at dvergplaneten fra starten ble dekket av et dypt hav, men overflaten frøs raskt til is som utvidet seg og revnet.

Teorien styrkes særlig av en gigantisk revne som går hele veien fra pol til pol på både forsiden og baksiden. Revnen er så gammel at det nå virker åpenlyst at Pluto ble født med et flytende hav som nærmest øyeblikkelig begynte å fryse til. Hvis teorien holder, kan det ha vært liv i ur-havet.

Organiske stoffer gjør vannet rødt

Bildene av Plutos forside avslører tydelige spor av rødlig vann som sannsynligvis er sprøytet ut fra et hav under isdekket og senere er frosset til is på overflaten.

Den røde fargen er et tegn på at vannet har inneholdt betydelige mengder organiske stoffer. Laboratorieforsøk tyder på at solvinden (partikler med elektrisk ladning som sendes ut fra solens atmosfære) og kosmisk stråling (stråling ute fra universet), kan ha gjort om enkle stoffer til komplekse organiske molekyler.

Nå har astronomen Dale Cruikshank fra Nasas Ames Research Center i California påvist at det finnes ammoniakk i den rødlige isen, og det åpner muligheter for at de genetiske byggesteinene til RNA og DNA kan ha blitt dannet i havets røde suppe.

Ifølge Cruikshank betyr ikke oppdagelsen nødvendigvis at livet oppsto i Plutos ur-hav, men hvis miraklet skjedde, ville mikroorganismer kunne bite seg fast og overleve.

Teorien styrkes av at det nå også er funnet et rødt belte av organiske stoffer på dvergplanetens bakside. Beltet går rundt ekvator, som får mye sollys, og der temperaturene er høyere enn på resten av Pluto.

«Tre forutsetninger må være oppfylt for at livet kan oppstå. Det må være flytende vann, organiske stoffer og en energikilde. Nå har vi satt kryss utenfor de første to forutsetningene på Pluto, og det er et stort skritt framover», sier Alan Stern, som leder New Horizons-prosjektet.

Fra starten har kollisjonen mellom forstadiene til Pluto og Charon pumpet varmeenergi inn i dvergplaneten, men det er over fire milliarder år siden. Og hvis det oppsto liv i ur-havet, er det uklart om varmen fra radioaktiv nedbryting i Plutos steinkjerne frigir energi nok til at det fortsatt kan være i det indre havet.

Derfor er mulighetene for å finne levende mikroorganismer langt ute i solsystemet sannsynligvis større i de indre havene i Jupiters måne Europa og Saturns måne Enceladus. Her pumper sterke tidevannskrefter fra de enorme gassplanetene konstant energi inn i månene.

Et støt i hjertet endret Pluto

Den andre store kollisjonen som formet Pluto, inntraff for under ti millioner år siden, da en komet på 400 kilometer i diameter dundret inn i dvergplaneten med mer enn 7000 km/t.

Nedslaget skapte det fire kilometerne dype nedslagskrateret Sputnik Planitia, som dekker 797 000 kvadratkilometer – større enn Frankrike. Krateret er en del av den enorme, hjerteformede isslette nord for ekvator som de første bildene fra New Horizons avslørte.

Nå viser de nye New Horizons-fotografiene at det på den motsatte siden av Pluto er et kaotisk landskap som ble revet i stykker av seismiske bølger fra kometnedslaget.

«Tre forutsetninger må være oppfylt for at livet kan oppstå. Nå har vi satt kryss ved de første to på Pluto.» Alan Stern, leder av New Horizons-prosjektet

Lignende fenomener er kjent fra Mars og fra Jupiters måne Europa, men først og fremst fra Merkur, der et kaotisk terreng som er uten sidestykke på resten av planeten, finnes på stikk motsatt siden av det enorme nedslagskrateret Caloris-bassenget.

Ifølge planetforskere er de omfattende ødeleggelsene på Plutos bakside bare mulige hvis det eksisterer et dypt hav av flytende vann under isskorpen. Det skyldes at seismiske bølger har ulik styrke avhengig av det materialet de beveger seg i.

Trykkbølgene beveger seg langsommere gjennom vann enn gjennom stein, men ødeleggelseskraften er størst hvis de kan bevege seg med jevn hastighet gjennom hele kloden.

Simuleringer utført av astronomen Adeene Denton fra Purdue University i USA tyder på at kjernen først og fremst består av bergarten serpentin, som seismiske bølger beveger seg langsommere gjennom enn andre typer stein.

Kombinasjonen av den spesielle bergarten og vannet i Plutos indre satte trykkbølgene i stand til å sende så mye energi tvers gjennom dvergplaneten at overflaten på baksiden ble revet i stykker.

For under ti millioner år siden dundret en komet inn i Pluto og skapte et enormt nedslagskrater. Nå viser de nye bildene fra New Horizons et sønderrevet landskap på den motsatte siden av Pluto, og det avslører at trykkbølgene passerte gjennom et hav.

© Lotte Fredslund & NASA

1. Kollisjon sendte trykkbølger gjennom Pluto

En komet på 400 kilometer i diameter traff Pluto og skapte det 4 kilometer dype nedslagskrateret Sputnik Planitia. Krateret dekker et areal på 797 000 kvadratkilometer, og bunnen er dypfrosset is som er hard som granitt. Nedslaget sendte seismiske bølger gjennom Pluto.

© Lotte Fredslund & NASA

2. Sjokket rev Plutos bakside i stykker

De nye bildene av Plutos bakside viser et kaotisk terreng på den diametralt motsatte siden av krateret. Her ble overflaten revet i stykker av trykkbølgene fra nedslaget. Det er bare mulig hvis bølgene reiste gjennom et hav mellom steinkjernen og skorpen av is.

© James Keane

3. Trykkbølgene gir et blikk ned under isen

På bakgrunn av observasjonene fra New Horizons har astronomer regnet seg fram til et bilde av Plutos indre. Dvergplaneten består av en minst 200 kilometer tykk isskorpe og under den et 150 kilometer dypt hav av flytende vann der det kan være liv. Kjernen består av silikater, først og fremst bergarten serpentin.

Målinger fra New Horizons har latt forskerne regne ut dvergplanetens diameter, tetthet og masse, samt simulere den indre strukturen.

Beregningene viser at steinkjernen utgjør 70 prosent av massen, mens resten stort sett består av vann. Kjernen er omgitt av et 150 kilometer dypt hav, som igjen er dekket av en over 200 kilometer tykk skorpe av is som danner grunnfjellet.

Etter kometnedslaget ble nedslagskrateret fylt opp med myk og tung nitrogen-is fra atmosfæren og fra isbreer som flyter ned i hullet fra de omgivende fjellkjedene.

Den tunge isklumpen endret Plutos massefordeling. Vekten fra nitrogenisen i krateret fikk gradvis dvergplaneten til å vippe over på siden, slik at tidevannssaksen, der Pluto og den store månen Charon trekker sterkest i hverandre, nå går tvers gjennom den tunge isen i Sputnik Planitia-krateret.

Gåtefulle ispigger tårner seg opp

Fotografiene fra New Horizons har revolusjonert kunnskapen vår om Pluto, men har også ført til nye spørsmål som forskerne arbeider for å besvare.

Da de første bildene av dvergplaneten ble analysert, oppdaget forskerne noen klipper med kilometerhøye, sylspisse pigger på den østligste delen av planetens forside.

Men piggene var bare et lite, kuriøst prikk på kartet fram til forskerne kunne se Plutos bakside, der de kjempestore piggene danner et belte gjennom de høytliggende områdene av ekvator helt fram til den vestligste delen av forsiden.

Prosjektlederen Alan Stern mener de knivskarpe piggene, som er tre ganger så høye som Empire State Building, er det største mysteriet på Pluto.

Hvis det noensinne skulle lande rovere eller mennesker på den fjerne dvergplaneten, vil det være et sant mareritt å forsøke å krysse landskapet med de enorme og forbløffende spisse piggene.

🎬 SE VIDEO: Fly med New Horizons-sonden over Pluto

Målinger fra New Horizons viser at piggene består av frosset metan, noe som henger sammen med Plutos atmosfære.

Den nedre delen av atmosfæren består først og fremst av nitrogen, som blant annet har fylt det dype nedslagskrateret Sputnik Planitia med frosset nitrogen. Høy oppe i atmosfæren er det store mengder metan, som sannsynligvis har bygget kjempepigger i høylandet. Men hvordan de er dannet, er et mysterium.

Kanskje er piggene rester av et tidligere tykt lag av frosset metan på de høye platåene, som er erodert av sollyset. Eller kanskje har metanet frosset ut av atmosfæren på samme måte som vanndamp i luften kan fryse til is på jordoverflaten. Bare én ting er sikkert: Det har tatt millioner av år å danne piggene, og mulige klimaendringer i Plutos lange historie kan ha spilt en rolle.

Satellitt skal gå i bane rundt Pluto

Tross flodbølgen av resultater har utforskningen av den fjerne dvergplaneten bare så vidt begynt.

I de kommende årene vil forskerne utvilsomt gjøre mange nye oppdagelser på grunnlag av dataene som New Horizons har sendt hjem til jorden.

Romteleskopet James Webb, som sendes opp i år, skal studere Pluto gjennom lengre perioder enn noen gang før. Neste skritt er å sende en satellitt i bane rundt dvrgplaneten.

© NASA

Og senere i år sender Nasa opp det nye, store romteleskopet James Webb, som vil kunne studere Pluto gjennom lange perioder – men med en lavere oppløsning enn New Horizons – og sammenligne resultatene med observasjoner av andre dvergplaneter i Kuiperbeltet som Ceres, Eris, Haumea og Makemake.

Men planetforskerne har fått blod på tann og vil vite enda mer om isdvergenes konge.

På den bakgrunnen drømmer forskere med støtte fra Nasa nå om å designe en satellitt som kan gå i bane rundt Pluto og levere enda mer detaljerte bilder av hele planeten i kombinasjon med enda mer presise målinger av stoffene på overflaten og i atmosfæren.

I tillegg vil observasjonene kunne strekke seg over flere år og vise endringer i atmosfæren og været over tid.

Hvis satellitten bygges, vil den tidligst bli sendt opp på 2030-tallet. Deretter følger en 15 år lang romreise ut til den forbløffende aktive dvergplaneten i det iskalde ytre solsystemet, der det stikk i strid med alle forventninger kanskje kan eksistere liv.