Ziemia i Pluton nie mają ze sobą wiele wspólnego. Ziemia to żywy, żywy świat, podczas gdy Pluton jest zimny, odległy i pozbawiony życia. Ale jedną wspólną cechę ma azot. Atmosfera ziemska składa się w około 78% z azotu, a głównym składnikiem atmosferycznym Plutona jest również azot, chociaż dokładny procent jest niejasny.
Na Plutonie, gdzie temperatura powierzchni wynosi około 42 kelwinów (-231 Celsjusza), większość tego azotu jest zamrożona. Nowe badanie mówi, że zamrożony azot Plutona napędza wiatry planety i kształtuje jej powierzchnie charakterystyczne.
Przed przybyciem statku kosmicznego Nowe Horyzonty NASA na Plutona, niewiele wiedzieliśmy o planecie i jej cechach powierzchniowych. Kiedy statek kosmiczny przybył w lipcu 2015 r., Wszyscy byliśmy zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że Pluton był znacznie bardziej aktywnym miejscem, niż nam się wydawało. Wtedy po raz pierwszy zobaczyliśmy Tombaugh Regio, duży, lekko zabarwiony region na powierzchni planety.
Tombaugh Regio to bardzo dziwne miejsce, zresztą dla ludzkich oczu. Ma dwa duże płaty, które sprawiają, że wygląda jak serce, a astronomowie czasami nazywają to „Sercem Plutona”. Zachodni płat nazywa się Sputnik Planitia i składa się z wysokich na 6200 metrów (Tenzing Montes, wcześniej Norgay Montes) wykonanych z lodu wodnego i rozległej równiny pokrytej lodem azotowym.
Nowy artykuł mówi, że ogromne złoża azotu w Sputnik Planitia napędzają wiatry Plutona i kształtują powierzchnię planety. Artykuł zatytułowany jest „Bijące serce Plutona reguluje cyrkulację atmosferyczną: wynika z wysokiej rozdzielczości i wieloletnich numerycznych symulacji klimatycznych”. Jest opublikowany w Journal of Geophysical Research. Głównym autorem jest Tanguy Bertrand, astrofizyk i planetolog w Ames Research Center NASA.
„Pluton ma dla każdego jakąś tajemnicę.”
Tanguy Bertrand, główny autor, Ames Research Center
Większość cienkiej atmosfery Plutona to azot, a także niewielkie ilości dwutlenku węgla i metanu. Ogromna ilość zamrożonego azotu znajduje się w Sputnik Planitia, aw ciągu dnia temperatura podnosi się na tyle, aby sublimować, zamieniając go w parę. W nocy proces odwraca się, a azot ponownie zamarza, spadając na powierzchnię. Za każdym razem, gdy cykl się powtarza, działa jak pompa lub „bicie serca”, pompując wiatry azotu wokół planety.
Ten wiatr płynie w przeciwnym kierunku obrotu planety i może być odpowiedzialny za nietypowe cechy powierzchni planety. Gdy cienki, bogaty w azot wiatr wieje wzdłuż powierzchni, transportuje ciepło, ziarna lodu i cząsteczki mgły, tworząc smugi i równiny ciemnego wiatru w regionach północnych i północno-zachodnich.
„Podkreśla to fakt, że atmosfera i wiatry Plutona - nawet jeśli gęstość atmosfery jest bardzo niska - mogą wpływać na powierzchnię”, powiedział Tanguy Bertrand, astrofizyk i planetolog z Ames Research Center w Kalifornii i główny autor badania.
Region Sputnik Planitia, czyli lewy płat serca Plutona, ma niższe położenie niż reszta planety i zawiera większość azotu. Sputnik Planitia to lodowiec o długości 1000 km (620 mil), położony w dorzeczu o głębokości 3 km (1,9 mil). Prawy płat to głównie wyżyny i lodowce azotowe.
„Przed New Horizons wszyscy myśleli, że Pluto będzie piłką do siatkówki - całkowicie płaskie, prawie bez różnorodności”, powiedział Bertrand w komunikacie prasowym. „Ale jest zupełnie inaczej. Ma wiele różnych krajobrazów i staramy się zrozumieć, co się tam dzieje ”.
Określenie atmosfery Plutona jako cienkiej jest niedopowiedzeniem. Jest około 100 000 razy cieńszy niż Ziemia. Jak więc wiatr w atmosferze, która cienko kształtuje krajobraz?
Zespół Bertranda wziął dane z przelotu New Horizons w Plutonie, a następnie zbudował model prognozy pogody do symulacji wiatrów azotowych.
Zespół odkrył, że wiatry powyżej 4 km (2,5 mil) wieją na zachód, czyli w przeciwnym kierunku niż obrót Plutona. Kiedy zamrożony azot w Tombaugh Regio sublimuje w postaci pary na północy, a następnie ponownie staje się lodem na południu, ruch ten uruchamia wiatry na zachód. Ta sytuacja jest prawdopodobnie wyjątkowa w naszym Układzie Słonecznym, z wyjątkiem Tritona, księżyca Neptuna.
Naukowcy odkryli również inny prąd wiatru. Ten jest silnym, szybko poruszającym się wiatrem blisko powierzchni. Dmucha wzdłuż zachodniej krawędzi basenu Sputnik Planitia. Istnieją podobne wzorce wiatru na Ziemi, które podążają za konturami krajobrazu.
Według badań wiatr jest napędzany parą azotu skraplającą się z powrotem w lód. Wysokie wzniesienia Sputnik Planitia zatrzymują zimne powietrze w basenie. Gdy tam krąży, staje się silniejszy.
Jeśli bicie serca azotu przez Plutona napędza te wiatry, mogą wyjaśnić smugi wiatru i ciemne równiny na zachód od Sputnika Planitii. Jeśli wiatry przyniosą wystarczającą ilość ciepła do ogrzania powierzchni, może to spowodować powstawanie smug i równin. Lub może osadzać cząsteczki mgły, które mogą przyciemnić i erodować lód. A jeśli wiatr wiał w przeciwnym kierunku - czyli w tym samym kierunku co obrót Plutona - krajobrazy mogą być bardzo różne.
„Sputnik Planitia może być równie ważny dla klimatu Plutona, jak ocean dla klimatu Ziemi” - powiedział Bertrand. „Jeśli usuniesz Sputnik Planitia - jeśli usuniesz serce Plutona - nie będziesz mieć takiego samego krążenia” - dodał.
Najbardziej „znaną cechą” Plutona jest prawdopodobnie teren o ostrzach. Teren ostrzy to pola o kształcie drapacza chmur, postrzępione formy terenu wykonane głównie z lodu metanowego. Znaleziono je na dużych wysokościach w pobliżu równika. Czy mogą być artefaktem bijącego azotowe serce Plutona?
W swojej pracy naukowcy twierdzą, że „… w okresach równikowego gromadzenia się lodu CH4 (metanu), rotacja wsteczna i wstrzyknięcie zimnego powietrza bogatego w N2 ze Sputnik Planitia może transportować i popychać gazowy CH4 na zachód, co sprzyja gromadzenie się lodu CH4 na najbardziej wysuniętych na zachód długościach (tj. na wschód od Sputnik Planitia), co prowadzi do powstania tam Ostrza. ”
Mówią także, że „… grzbiety („ ostrza ”) złoża Blade Terrain wykazują dominującą orientację N-S, która może również pochodzić częściowo z tego szczególnego reżimu cyrkulacji atmosferycznej.”
Na razie wydaje się niepewne, czy te wiatry azotowe mogłyby spowodować teren o ostrzach. Ale zespół zamierza spróbować się dowiedzieć. „W przyszłości planujemy dalej badać te pomysły i badać procesy prowadzące do tych podłużnych asymetrii i specyficznych formacji geologicznych, stosując długoterminowe symulacje GCM o wysokiej rozdzielczości”.
W podsumowaniu autorzy mówią: „Nasza praca potwierdza, że pomimo zamarzniętej powierzchni i niepewnej atmosfery klimat Plutona jest niezwykle aktywny”. Znacznie bardziej aktywny, niż ktokolwiek przypuszczał.
Nowe Horyzonty nie były w stanie wejść na orbitę wokół Plutona. To trudne do zrobienia i to nigdy nie była jego misja. NASA rozważa w przyszłości orbitę Plutona, ale tymczasem wszystko, czego dowiedzieliśmy się o lodowej planecie karłowatej, dowiedzieliśmy się od jednego przelotu. Mimo to nauczyliśmy się wystarczająco, aby być zaintrygowanym i chcieć dowiedzieć się więcej o tym fascynującym, tajemniczym świecie.
„Pluton ma dla każdego jakąś tajemnicę”, powiedział Bertrand.
Więcej:
- Informacja prasowa: PLUTO ICY HEART WYDAJE WIATR
- Artykuł badawczy: bijące serce Plutona reguluje cyrkulację atmosferyczną 2: wyniki z wysokiej rozdzielczości i 3 wieloletnich numerycznych symulacji klimatycznych
- Space Magazine: NASA rozważa teraz misję Plutona Orbiter
