כך נוצרה חגורת הירח הגדול של פלוטו

כארון, הגדול בירחיו של פלוטו, התגלה בשנת 1978 ומעורר מאז סקרנות רבה בשל תכונותיו המיוחדות. הוא חג קרוב מאוד לפלוטו וקטן ממנו רק בכ-50%, עובדה ההופכת אותו לירח הגדול ביותר (יחסית לפלנטה שלו) במערכת השמש.

באמצע יולי 2015 חלפה החללית (גשושית) New Horizons בקרבת פלוטו (כ-12,600 ק"מ ממנו) והביאה תמונות חסרות תקדים לא רק מפלוטו אלא גם מכארון. לדברי פרופ'-משנה חגי פרץ מהפקולטה לפיזיקה בטכניון הכילו התמונות האלה הפתעות רבות, ובהן קיומה של חגורה טקטונית המקיפה את כארון. כעת, יחד עם עמיתו ד"ר אורי מלמוד מהטכניון ופרופ' ג'רלד שוברט מ-UCLA (אוניברסיטת קליפורניה לוס אנג'לס), מפרסם פרופ'-משנה פרץ השערה הנוגעת להיווצרותה של חגורת כארון. המחקר המתפרסם בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society מספק מודל חדש של ההתפתחות התרמית והפיזיקלית המסובכת של כארון ותורם לדיון המדעי הרחב יותר, הנוגע להיווצרותו ולמאפייני פני השטח שלו.

לדברי פרופ'-משנה פרץ, כמה אתגרים ניצבים כיום בפני מדענים החוקרים את הירח המיוחד הזה: "ראשית, דרושה תיאוריה מוצלחת שתסביר כיצד נוצר כארון. שנית, עלינו לאפיין את האופן שבו התפתח ממצבו הראשוני ועד היום. כעת, לאור התמונות האיכותיות של פני השטח שלו, ניצבת לפנינו שאלה שלישית: כיצד המאפיינים של פני השטח האלה קשורים להיווצרותו של כארון ולהתפתחותו? וכמובן - סוגיית החגורה שצולמה על-ידי New Horizons".

החגורה הטקטונית

התמונות שהגיעו מ-New Horizons מציגות סדרה של גאיות ורכסים המכסים את שטחו של כארון באזור הסמוך לקו המשווה שלו וכך יוצרים חגורה טקטונית הבולטת מפני השטח וגולשת גם לחצי-הירח הרחוק מפלוטו - אזור שלא צולם על-ידי החללית. חגורה זו מפרידה בין שני אזורים נבדלים מאוד באופיים: המישורים החלקים יחסית בדרום והאזורים הגבשושיים יותר בצפון. בכמה מקומות, ובמיוחד בעמק הגדול ביותר Serenity chasma המופיע בתצלום בצד הימני של החגורה הטקטונית, נראה כאילו פני השטח של כארון נקרעו. "ההשערה שלנו," אומר פרופ'-משנה פרץ, "היא שכארון עבר התרחבות הדרגתית שהובילה לקריעת פני השטח שלו, ויש לנו הסבר לכך".

כמו בקבוק במקפיא

התרחבותם של גופים אחרים במערכת השמש מוסברת בקפיאתו של אוקיינוס תת-קרקעי פנימי. כתוצאה מהתרחבות המים בקפיאתם מופעל לחץ על פני השטח של הגוף, ובשלב מסוים הוא עלול להתפוצץ - בדומה לבקבוק זכוכית מלא מים המאוחסן במקפיא. ישנם חוקרים הגורסים כי דבר דומה קרה לכארון: האוקיינוס שבתוכו קפא והתרחב. "הבעיה היא," אומר פרופ'-משנה פרץ, "שאין שום הוכחה שהיה בתוך כארון אוקיינוס פנימי. לכן אנחנו מציעים הסבר אלטרנטיבי".

על-פי ההסבר של הקבוצה המשותפת לטכניון ול-UCLA אופיין כארון בעבר במרקם נקבובי. נקבוביוּת (Porosity) מוגדרת כיחס בין החלל שבין גרגירי החומר לבין נפח הגרגירים נטו. מאז לידתו, לפני מאות מיליוני שנים, ירדה רמת הנקבוביות של כארון וגדלה דחיסותו, וזאת כתוצאה מכמה גורמים: התחממות (בהשפעת מקורות האנרגיה הפנימיים שלו), כוח כבידה וריאקציות סלע-מים. בהמשך נפרדו המים מהסלע וקפאו על פני השטח של כארון. זה ההסבר למבנהו המרובד של כארון.

החגורה הטקטונית מרוכזת באזור קו המשווה של כארון, אך אינה מקבילה לו לגמרי. גם עובדה זו מוסברת במחקר המתפרסם כעת. על-פי אחת ההשערות, החגורה נוצרה סביב שכבת קו המשווה הישן כתוצאה מכך שבאזור זה היה קרום דק יותר או מוחלש כתוצאה מהתכווצות ראשונית של כארון; אחרי שנוצרה החגורה השתנה ציר הסיבוב של כארון כתוצאה מהתנגשות, וזו הסיבה לכך שהחגורה וקו המשווה הנוכחי אינם חופפים. התנגשות זו עשויה להסביר גם את השוני הגיאופיזי בין שני חצאי הכדור (ההמיספרה הצפונית לחגורה לעומת זו הדרומית לה), וכמו-כן גם פעילות קריו-וולקניית מיד לאחר ההתנגשות. מחקר זה פותח שדה חדש של מחקרים אפשריים.