Наука и космос

Атмосфера Плутона

Изучение состава атмосферы

С момента своего открытия в июне 1988 года, непостоянная атмосфера Плутона была источником частых дискуссий и дебатов среди специалистов. Плутон очень холодный, около 45 Кельвинов (-380  по Фаренгейту). Состав атмосферы Плутона – это замороженный азот, метан и угарный газ на его поверхности, который сублимирует (превращаются непосредственно в газ) очень медленно.

Более того, учитывая сильно эксцентричную орбиту Плутона и то, что она приблизилась ближе всего к Солнцу  в 1989 году, многие исследователи полагали, что тот маленький газ, который окружал этот маленький мир, скоро замерзнет и выпадет на поверхность. Фактически, перспектива появления в ближайшее время безвоздушного Плутона стала убедительной причиной для НАСА финансировать и запускать новые космические корабли.

До прибытия космического корабля, ученые пришли к выводу, что Плутон должен терять газообразный азот в космос с большой скоростью, примерно 10-27 молекул в секунду. Это соответствует нескольким тысячам тонн в день, что достаточно для исследователей, чтобы задаться вопросом, откуда все это происходит и не теряла ли эта карликовая планета газ на протяжении всей истории Солнечной системы.

Представьте удивление ученых, когда они узнали, что верхняя атмосфера Плутона намного холоднее, чем ожидалось (примерно 70K вместо ожидаемых 100K). Следовательно, разреженный воздух не поднимается достаточно высоко, чтобы его унес солнечный ветер. Фактически не было обнаружено никакого взаимодействия с солнечным ветром, пока космический корабль не оказался в пределах 7000 км от Плутона. Вместо этого истинная скорость выброса азота должна составлять всего 10 23 молекул в секунду – всего лишь 0,01% от прогноза.

В пяти статьях, опубликованных в журнале Science, говорилось, что причины неожиданно холодной верхней атмосферы не ясны. Возможно, какое-то другое соединение излучает тепло в космос. Цианистый водород (HCN) и ацетилен (C2H2) являются вероятными кандидатами, но наблюдения с радиотелескопом ALMA в Чили в прошлом году показывают, что HCN почти недостаточно для выполнения этой работы.

Строение и состав атмосферы Плутона

На протяжении большей части своей 248-летней орбиты вокруг Солнца у Плутона один полюс постоянно находится в солнечном свете, а другой – в тени. Еще в 2013 году Лесли Янг (Юго-западный исследовательский институт) выяснил, что в северном полушарии достаточно замороженного азота и метана, чтобы не допустить полного разрушения атмосферы. Оказывается, что не все сосредоточено на полюсах – большая часть его спрятана на большой ледяной равнине, неофициально называемой Sputnik Planum.

Таким образом, атмосфера Плутона не только никогда не исчезает, но при определенных обстоятельствах она также может стать в тысячи раз более плотной, чем сейчас. К такому выводу пришла команда разработчиков под руководством Алана Стерна, главного исследователя New Horizons. Они считают, что наклон Плутона колеблется в течение миллионов лет, что имеет огромные значение для того, сколько солнечного света получает поверхность и сколько газа выделяется.

Стерн объяснил, что даже небольшое повышение температуры поверхности Плутона может привести к экспоненциальному увеличению скорости сублимации. Он полагает, что около 900 000 лет назад объем воздуха, охватывающего Плутон, достиг пика где-то от 18 миллибар (в три раза выше поверхностного давления на Марсе) до 280 миллибар (более 25% давления на уровне моря на Земле), в зависимости от отражающей способность поверхности и другие факторов.

Слои атмосферы Плутона

Вскоре после пролета следователи объявили, что слои тумана были подвешены высоко над поверхностью. Идея туманов не была новой – они десятилетиями использовались, как способ объяснить причуды в наземных данных затмений. Кроме того, как только солнечный свет разрушает метан, молекулярные фрагменты быстро и легко рекомбинируют с образованием более тяжелых соединений, таких как ацетилен, этилен (C2H4) и этан (C2H6), и ультрафиолетовый спектрометр космического корабля, «Алиса» это обнаружил из чего состоит атмосфера Плутона.

Загадка заключалась в том, что было найдено очень много туманных слоев – множество из них – каждый толщиной в несколько километров и расположенных примерно с регулярными интервалами, простираются до 200 км над поверхностью. Один или два слоя? Это нормально. Но целых 20?

Более того, те, что находятся высоко, не могут быть стабильными, потому что температура там достаточно высокая (по плутоническим меркам), чтобы испарить эти потенциальные органические аэрозоли.

Важный ключ к разгадке этого явления кроется в квазирегулярном интервале. Как объясняют Рэнди Гладстон и его коллеги в одной из научных статей, слабые ветры, которые переносят тепло от более теплых к более холодным поверхностным областям, могут спровоцировать образование гравитационных волн при прохождении через довольно существенные горные цепи Плутона. Волны распространяются вверх, попеременно сжимая и разрежая частицы тумана с правильным расстоянием.

Возможно, в это вовлечен и какой-то другой процесс, но гравитационные волны в атмосфере планеты Плутон пока считаются лучшим объяснением.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close