Ceres po roce se sondou Dawn – 3. díl

Kryovulkanismus a kryoplutonismus

K pochopení kryovulkanismu (aktivitě vedoucí k výronu kapaliny na povrch ledového tělesa) a útvarů s ním souvisejících, které se na Ceresu nacházejí, se musíme na chvíli opět vrátit do raných fází jeho vývoje. Teplo z rozpadu radioaktivních izotopů roztavilo ledovo-kamennou směs, přičemž kamenná složka klesla do centra a vytvořila jádro, nad níž zůstal „bahnitý“ plášť. Tím ale vývoj neskončil, protože teplota v nitru dále narůstala. Modely ukazují, že nejvyšší teploty dosáhlo nitro Ceresu necelou jednu miliardu let po svém vzniku. Teplota v centru tehdy vystoupala asi na 200 °C a průměrná teplota celého tělesa byla asi 50 °C. Je tedy evidentní, že po poměrně dlouhou část své historie obsahoval Ceres skutečně velké množství kapalné vody.

Zde si dovolme malou, zato odvážnou odbočku: z pozemských fosilních záznamů víme, že necelou miliardu let po vzniku Sluneční soustavy, tedy v nejteplejší éře nitra Ceresu, existovaly již na Zemi zárodky primitivního života. Nejen Ceres, ale i další srovnatelně velká ledovo-kamenná tělesa, jimž v té době Sluneční soustava oplývala, měla ve svém nitru tehdy kapalnou vodu, tolik ke vzniku života potřebnou...

Od té doby nitro Ceresu postupně chladne. Dnešní teplota podpovrchových vrstev (v hloubce pár metrů, kde již neprobíhá ohřev slunečním zářením) je asi -90 °C, postupně však narůstá do centra; na rozhraní pláště a kamenného jádra je asi  -20 °C. Koncentrovaný roztok soli (tzv. solanka) může být ale kapalný až do teplot okolo -70 °C – kapsy kapaliny se tedy mohou objevovat už pár kilometrů pod povrchem. Od 110 km hlouběji se může dokonce vyskytovat i souvislá vrstva kapaliny. Postupné zamrzání tohoto „oceánu“, případně kapalných kapes pod povrchem, může dobře vysvětlovat kryovulkanismus na povrchu. Led má větší objem než voda, při zamrzání se tedy zvyšuje tlak na okolní kapalinu a ta prostupuje prasklinami a póry k povrchu. Navíc se při mrznutí z ledu do okolní vody vylučuje sůl; její koncentrace ve zbylém roztoku tedy stoupá, což ještě více usnadňuje jeho prostup chladnější kůrou. K výstupu kapaliny na povrch dochází preferenčně podél již existujících puklin, které jsou ovšem ovlivňovány impakty, proto řada světlých skvrn koresponduje s krátery.

Možnost současného kapalného oceánu v plášti je natolik lákavým tématem, že se u něj na chvíli zastavíme. V červnu 2015 totiž došlo k zajímavé události. Částicový detektor GRaND na sondě Dawn zachytil 19. 6. průlet energetického plazmatu okolo Ceresu, které tam doputovalo po jedné ze slunečních erupcí. Ještě několik dalších dnů však sonda opakovaně prolétávala pásem vysoceenergetických elektronů, které se zachytily v magnetickém poli tělesa. Na tom je ovšem pozoruhodné to, že Ceres nemá vlastní magnetické pole. Soudí se tedy, že oblak plazmatu, který si sebou nese své magnetické pole, dočasně naindukoval magnetické pole okolo trpasličí planety. K tomu je ale zapotřebí vodivý materiál. Nabízí se pro něj dvě vysvětlení: velice řídká atmosféra okolo tělesa, zionizovaná při průchodu plazmového oblaku, nebo podpovrchová vrstva slané vody, což by podporovalo simulace uváděné výše (obdobně byly sondou Galileo prokázány podpovrchové oceány slané vody na měsících Europa a Ganymed, v jejich případě na základě magnetického pole indukované mnohem silnější magnetosférou Jupiteru). Bohužel na základě získaných dat nelze zatím rozhodnout, které z těchto dvou vysvětlení je správné.

Průchod energetického plazmatu ze Slunce zachytila sonda Dawn několikrát i během svého pobytu na oběžné dráze okolo planetky Vesta, ale tam žádné druhotné efekty pozorovány nebyly.

Přesuňme nyní svou pozornost na druhý proces zmíněný v záhlaví tohoto dílu. Slovo „kryoplutonismus“ bylo použito pouze v nadsázce, jako parafráze na kryovulkanismus. Slovem „pluton“ totiž geologie označuje útvary magmatického původu, při nichž se ale láva nedostala až na zemský povrch.Že je kůra Ceresu (pod svrchní vrstvou regolitu) protkána dlouhými prasklinami, jsme již zmínili v předchozích dílech. Nyní se podívejme na globální topografii Ceresu. 

Na jeho povrchu se vyskytují dva typy vyvýšenin. První typ rozeznáme již při prvním pohledu na topografickou mapu (viz obrázek), kde kromě impaktních kráterů v podobě prohlubní vidíme také několik rozsáhlých oblastí o velikostech od 300 do 600 km převyšujících okolní terén o několik kilometrů (červené plochy). Kromě těchto „vrchovin“ se dosud podařilo na Ceresu identifikovat asi dvacet „dómů“ – mírně vyboulených kopečků s průměrem maximálně pár desítek kilometrů. Ty se prozradí teprve podrobnějším studiem topografie.

Na dalším obrázku vidíme ukázky geologických map dvou sektorů z povrchu Ceresu, kde jsou tyto dómy označeny červenou barvou a v legendě jako „tholus“ (latinsky dóm nebo klenba). Všechny tyto dómy mají oproti okolnímu terénu výšku několik km. Ačkoliv jim chybí ostré svahy jako v případě Ahuna Mons (hora ve tvaru pyramidy, o níž bude ještě řeč), představují tyto útvary zřejmě příklady intrusivního vulkanizmu (prostup magmatu horninou, kdy ale nedojde k výlevu až na povrch). Není bez zajímavosti, že Ahuna Mons se nachází na okraji jednoho takového dómu.

Podle předběžných modelů se zdá, že jak rozsáhlé vrchoviny, tak menší dómy, jsou nejspíše pozůstatkem konvekce v jádře a plášti Ceresu, která probíhala zhruba v prvních dvou miliardách let. Při konvekci stoupá teplejší materiál vzhůru v podobě tzv. konvektivních cel, a po jejich okrajích klesá ochlazený materiál dolů. Po vyčerpání zdrojů tepla (radioaktivních izotopů) zhruba jednu miliardu let po vzniku velkoškálová konvekce ustala a zanechala na povrchu, nad vzestupnými proudy, utuhlé vrchoviny.  Konvekce se poté přesunula do svrchních částí pláště a konvektivní buňky se podstatně zmenšily - na velikost asi 50 až 100 km. Výsledkem tohoto procesu jsou mírně vyboulené dómy, které dodnes na povrchu vidíme.

V závěru tohoto dílu si „posvítíme“ na útvar, který se pro Ceres stal již ikonou – kuželovitou horu Ahuna mons. Základna hory má rozměry 21 × 13 km a výška je asi 4,5 km nad okolním terénem. Ze spektroskopického měření se ukazuje, že svahy obsahují mnohem více karbonátů v porovnání s ostatními dvěma hlavními typy minerálů obsažených v povrchové vrstvě Ceresu (viz druhý díl seriálu). Vrcholové plato je hodně hrbolaté a tudíž je obtížné na něm identifikovat impaktní krátery, ale z počtů těch, které identifikovány byly, vychází stáří tohoto útvaru na asi 10 milionů let. Svahy hory mají sklon 30 až 40° a jsou pokryty světlými a tmavými pruhy, které jsou interpretovány jako rýhy po sesuvech balvanů. Vrchol hory, tvořený platem o rozměrech asi 5 × 8 km, je mírně propadlý směrem doprostřed. Poměrně strmé svahy hory a absence projevů tečení materiálu naznačují, že hora je tvořena silně viskózním materiálem. Útvary s morfologií jako Ahuna mons vznikají při extruzivním (na povrch se vylévajícím) vulkanizmu, kdy viskozita materiálu s jeho postupným chladnutím roste. Vzhledem k celkovému složení Ceresu zde tedy jistě hrála roli voda smíšená s kamenným materiálem, protlačující se skrz kůru Ceresu a na povrchu tuhnoucí. Jak bylo zmíněno výše, nachází se Ahuna Mons na okraji jednoho z dómů, u nichž se předpokládá vznik intruzivním vulkanismem, při němž se magma – v našem případě tedy směs vody a jílů – nedostává až na povrch. Je možné, že v tomto jednom místě se mu to ovšem podařilo.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Lunar and Planetary Science Conference 2016