Защо Плутон губи атмосфера: Зимата идва

Грандиозните слоеве на синята мараня в атмосферата на Плутон, заснети от космическия кораб на НАСА New Horizons. Изображение чрез НАСА / Лаборатория за приложна физика на Университета Джон Хопкинс / Изследователски институт в Югозапад.

От Андрю А. Коул, Университет на Тасмания

Зловещото предупреждение - „настъпва зима“, популяризирано от фентъзи поредицата „Игра на тронове“ - важи еднакво добре и за Плутон.

Изтънчената атмосфера на планетата джудже изглежда е на прага на зашеметяващ колапс поради промяна в сезоните и наближаване на по-студените условия, според проучвания, публикувани в списанието Astronomy & Astrophysics .

Открит през 1930 г., едва около 1980 г. астрономите започват да подозират, че Плутон може да има атмосфера. Тази атмосфера беше предварително открита през 1985 г. и напълно потвърдена от независими наблюдения през 1988 г.

По онова време астрономите нямаха как да разберат какви драматични промени са в сила за малкия свят на тънката обвивка на азот, метан и въглеводороди.

Космическо съвпадение

По космическо съвпадение, последните десетилетия на 20-ти век и първите десетилетия на 21-ви също видяха щастливо подравняване на Земята, Плутон и плътните звездни полета на далечния център на Млечния път.

Тази анимация съчетава различни наблюдения на Плутон в продължение на няколко десетилетия. Изображение чрез НАСА.

Това съвпадение означава, че Плутон преминава сравнително често между нас и фонова звезда. Когато това се случи, сянката му пада върху Земята, събитие астрономите наричат ​​окултация.

По време на окултация всяка обсерватория, която се намира в пътя на сянката, може да гледа как звездата изчезва, докато Плутон минава пред нея, и след това да се появява отново, когато се изместват планетарните изравнения. За всяко място на земната повърхност окултата на Плутон трае най-много няколко минути.

Техниката на окултация е широко използвана за изучаване на орбитите, пръстените, луните, формите и атмосферите на световете на външната слънчева система, включително астероидите, кометите, планетите и планетите джуджета.

Сравнявайки онова, което наблюдателите виждат на различни места по Земята, може да се изработи големината и формата на оклутиращия свят. Ако обектът има атмосфера, след това за няколко секунди, когато звездната светлина мига и след това отново се включва, звездната светлина може да бъде променена чрез абсорбция и пречупване, докато преминава през планетарната атмосфера.

След първите успешни измервания на окултирането през 80-те години на миналия век, последователността от наблюдения са установили все по-прецизни измервания на радиуса на Плутонов, както и постоянно изостряне на разбирането ни за температурата и налягането на атмосферата му.

Дълга орбита и сезони

Подобно на Земята, Плутон има сезонен цикъл поради наклона на полюсите си към равнината на своята орбита. В течение на Плутоновата дълга година еквивалентна на 248 земни години първо северният полюс, а след това и южният полюс са под ъгъл към далечното слънце.

Чертеж на Слънчевата система показва наклонена орбита на Плутон, която също е по-елиптична от тази на планетите. Изображение чрез НАСА (модифицирано).

Но за разлика от Земята, орбитата на Плутон s е изпъната в изключително елиптична форма. Неговата орбита е толкова издължена, че разстоянието от слънцето варира от 4, 4 до 7, 4 милиарда километра [2, 7 до 4, 6 милиарда мили] (30 до 50 пъти по-голямо от разстоянието Земя-Слънце).

За разлика от тях, разстоянието на Земята до слънцето варира само 3, 4 процента за една година. Атмосферата на Плутон е открита точно преди Плутон да достигне най-близкото си приближаване към слънцето, което се случи през 1989 г.

От 1989 г. Плутон се оттегля от слънцето. Температурите съответно се понижават.

Под напрежение

По времето, когато Плутон започна да се отдалечава от слънцето, астрономите очакваха, че това ще доведе до спад на атмосферното му налягане по същия начин, по който налягането в автомобилна гума намалява със студено време и се увеличава в жегата. Напротив, наблюденията от 1988-2016 г. показват постоянно повишаване на атмосферното налягане.

Непосредствено преди пристигането на NASAs New Horizons сонда през 2015 г., измервания затъмнение открити атмосферното налягане на Плутон се е утроил от 1988 г. насам (еквивалент на Земята би била да се сравни налягането в горната част на връх Еверест на тази в морето ниво).

Каква е причината за разминаването? Всяка мисъл, че окултните измервания са били грешни, беше прогонена от радионаучния експеримент (REX) на борда на New Horizons, който върна директни измервания в съгласие със наблюдателите на Земята.

Новото изследване е решило мистерията, използвайки сезонен модел за транспортиране на газ и лед около повърхността на планетата.

Въпреки че Плутон се придвижва по-далеч от слънцето всяка година, северният му полюс е непрекъснато осветен по време на тази част от орбитата си, което кара азотната му ледена шапка да се върне към газовата фаза.

Това обяснява бързото повишаване на атмосферното налягане през последните три десетилетия.

Но климатичното моделиране показва, че тази тенденция няма да продължи.

Замразените каньони на северния полюс на Плутон, превзети от космическия кораб на НАСА New Horizons. Изображение чрез НАСА / Лаборатория за приложна физика на Университета Джон Хопкинс / Изследователски институт в Югозапад.

Зимата наистина идва

Плутон ще продължи да се движи по-далеч от слънцето до 2113 година, а слабата слънчева светлина няма да бъде достатъчна за подобно затопляне на южните полярни райони.

През дългата северна есен и зима атмосферата на Плутон се очаква да се срине, измръзвайки на повърхността като лед на предно стъкло на кола в ясна и студена зимна нощ.

При най-ниското си излъчване се очаква атмосферата да има по-малко от пет процента от настоящото си налягане. Комбинацията от близкия подход на Плутон към слънцето и извора на северното полукълбо няма да се появи чак до 2237 година.

Дотогава ще бъде от критично значение да се тества нашето разбиране за планетарните атмосферни модели при екстремни нискотемпературни условия и ниско налягане чрез продължителни измервания на окултиране.

Но тези възможности ще станат по-редки, тъй като орбитата на Плутон заема видимото си положение по-далеч от плътните звездни полета на галактическия център, които ни помогнаха да направим наблюденията.

Андрю А. Коул, старши преподавател по астрофизика, Университет на Тасмания

Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.

Долен ред: Астрофизик обяснява защо Плутон губи своята атмосфера.