Hvorfor Pluto mister atmosfære: Vinteren kommer

De spektakulære lag af blå uklarhed i Plutos atmosfære, fanget af NASAs New Horizons rumfartøj. Billede via NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute.

Af Andrew A. Cole, University of Tasmania

Den ildevarslende advarsel - “vinteren kommer”, populariseret af fantasy-serien “Game of Thrones” - gælder lige så godt for Pluto.

Dværgplanetens spændende atmosfære ser ud til at være på randen af ​​et fantastisk sammenbrud på grund af en ændring i årstiderne og nærmer sig koldere forhold, ifølge forskning, der skal offentliggøres i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics .

Opdaget i 1930, var det først omkring 1980, at astronomer begyndte at mistænke Pluto kunne have en atmosfære. Denne atmosfære blev foreløbigt opdaget i 1985 og bekræftet fuldt ud af uafhængige observationer i 1988.

På det tidspunkt havde astronomer ingen måde at vide, hvilke dramatiske ændringer der var i vente for den lille verdens tynde kuvert af nitrogen, metan og kulbrinter.

En kosmisk tilfældighed

Ved en kosmisk sammenfald så de sidste årtier i det 20. århundrede og de første årtier af det 21. også en heldig tilpasning af Jorden, Pluto og de tætte stjernefelt i det fjerne centrum af Mælkevejen.

Denne animation kombinerer forskellige observationer af Pluto i løbet af flere årtier. Billede via NASA.

Denne tilfældighed betyder, at Pluto passerer relativt ofte mellem os og en baggrundstjerne. Når dette sker, falder dens skygge på Jorden, en begivenhed astronomer refererer til som en okkultation.

Under en okkultation kan ethvert observatorium, der tilfældigvis ligger inden for skyggenes sti, se stjernen synes at forsvinde, når Pluto passerer foran den og derefter dukke op igen, når planetens tilpasning skifter. For ethvert givet sted på Jordens overflade varer en Pluto-okkultation højst et par minutter.

Okkultationernes teknik er blevet vidt brugt til at studere bane, ringe, måner, former og atmosfærer i verdener i det ydre solsystem, herunder asteroider, kometer, planeter og dværgplaneter.

Ved at sammenligne, hvad observatører ser forskellige steder på Jorden, kan størrelsen og formen på den okkultive verden udarbejdes. Hvis objektet har en atmosfære, kan stjernelyset ændres ved absorption og brydning, når det passerer gennem den planetariske atmosfære i et par korte sekunder, når stjernelyset blinker ud og derefter tænder igen.

Siden de første vellykkede okkultationsmålinger i 1980'erne har en række observationer etableret stadig mere præcise mål for Pluto s radius samt kontinuerligt skærpet vores forståelse af temperaturen og trykket i dens atmosfære.

Lang bane og årstider

Ligesom Jorden har Pluto en sæsonbetonet cyklus på grund af hældningen af ​​dens poler til planet for dens bane. I løbet af Pluto s lange år svarende til 248 Jordår først nordpolen og derefter sydpolen vinklet mod den fjerne sol.

En tegning af solsystemet viser Pluto s vippede bane, som også er mere elliptisk end planeterne. Billede via NASA (ændret).

Men i modsætning til Jorden, strækkes Pluto s bane til en ekstrem elliptisk form. Dens bane er så langstrakt, at dens afstand fra solen varierer fra 4, 4 til 7, 4 milliarder kilometer [2, 7 til 4, 6 milliarder miles] (30 til 50 gange så langt som jord-solafstanden).

Derimod varierer Jordens afstand fra solen kun 3, 4 procent i løbet af et år. Pluto s atmosfære blev opdaget lige inden Pluto nåede sin nærmeste tilgang til solen, som skete i 1989.

Siden 1989 har Pluto trukket sig tilbage fra solen. Temperaturerne er faldet tilsvarende.

Under pres

På det tidspunkt, hvor Pluto begyndte at bevæge sig væk fra solen, forventede astronomer, at dette ville få dets atmosfæriske tryk til at falde, stort set på samme måde som trykket i et bildæk falder med koldt vejr og stigning i varmen. Tværtimod har observationer fra 1988-2016 vist en konstant stigning i atmosfæretrykket.

Umiddelbart før NASA s nye horisonts sonde i 2015 opdagede okkultationsmålinger det atmosfæriske tryk på Pluto tredoblet siden 1988 (ækvivalentet på Jorden ville være at sammenligne trykket øverst på Mount Everest med det på havet niveau).

Hvad er årsagen til uoverensstemmelsen? Enhver tanke om, at okkultationsmålingerne var i fejl, blev forvist af Radio Science Experiment (REX) ombord på New Horizons, som returnerede direkte målinger i aftale med de jordbundne observatører.

Den nye forskning har løst mysteriet ved hjælp af en sæsonbestemt model til transport af gas og is rundt på overfladen af ​​planeten.

Selvom Pluto bevæger sig længere væk fra solen hvert år, er dens nordpol kontinuerligt sollys under denne del af sin bane, hvilket får sit nitrogenis til at vende tilbage til gasfasen.

Dette forklarer den hurtige stigning i atmosfæretrykket i de sidste tre årtier.

Men klimamodelleringen viser, at denne tendens ikke vil fortsætte.

De frosne kløfter på Plutos nordpol fanget af NASAs New Horizons-rumfartøj. Billede via NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute.

Vinteren kommer virkelig

Pluto vil fortsætte med at bevæge sig længere fra solen indtil år 2113, og det svage sollys vil ikke være tilstrækkeligt til på lignende måde at varme de sydlige polare regioner.

I løbet af det lange nordlige efterår og vinter forventes Plutos atmosfære at falde sammen med frost på overfladen som is på en bilens forrude på en klar og kold vinternat.

På det laveste niveau forudsiges atmosfæren at have mindre end fem procent af sit nuværende pres. Kombinationen af ​​Plutos tætte tilgang til solen og foråret på den nordlige halvkugle gentager sig først i år 2237.

Indtil da vil det være af kritisk betydning at teste vores forståelse af planetariske atmosfæriske modeller under ekstreme lavtemperatur- og lavtryksforhold gennem fortsatte okkultationsmålinger.

Men disse muligheder vil blive mindre hyppige, efterhånden som Plutos bane indtager sin tilsyneladende position længere fra de tætte stjernefelter i det galaktiske centrum, der hjalp os med at gøre observationer.

Andrew A. Cole, universitetslektor i astrofysik, University of Tasmania

Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.

Nederste linje: En astrofysiker forklarer, hvorfor Pluto mister sin atmosfære.