eso0908 – Tiedejulkaisu
Tähtitieteilijät ovat ESO:n erittäin suuren teleskoopin avulla saaneet arvokasta uutta tietoa kääpiöplaneetta Pluton ilmakehästä. Tutkijat löysivät ilmakehästä odottamattoman suuria määriä metaania ja havaitsivat myös, että ilmakehä on noin 40 astetta pintaa kuumempi, vaikka se yltää silti vain jäätävään miinus 180 celsiusasteeseen. Nämä Pluton ilmakehän ominaisuudet saattavat johtua puhtaista metaanilaikuista tai kääpiöplaneetan pintaa peittävästä metaanirikkaasta kerroksesta.
”Kun ilmakehässä on paljon metaania, käy selväksi, miksi Pluton ilmakehä on niin lämmin”, sanoo tuloksista raportoivan artikkelin pääkirjoittaja Emmanuel Lellouch.
Pluto, joka on kooltaan suunnilleen viidenneksen pienempi kuin maapallo, koostuu pääasiassa kivestä ja jäästä. Koska se on noin 40 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa keskimäärin, se on hyvin kylmä maailma, jonka pintalämpötila on noin miinus 220 celsiusastetta!
1980-luvulta lähtien on tiedetty, että Plutolla on myös ohut ilmakehä , joka koostuu ohuesta, enimmäkseen typpeä sisältävästä kuoresta, jossa on pieniä määriä metaania ja luultavasti hiilimonoksidia. Kun Pluto etääntyy Auringosta 248 vuoden pituisen kiertoratansa aikana, sen ilmakehä jäätyy vähitellen ja laskee maahan. Aikoina, jolloin se on lähempänä Aurinkoa – kuten nyt – Pluton kiinteän pinnan lämpötila nousee, jolloin jää sublimoituu kaasuksi.
Vähän viime aikoihin asti Pluton ilmakehän yläosia on voitu tutkia. Havainnoimalla tähtipeittoja, ilmiötä, joka tapahtuu, kun Aurinkokunnan kappale peittää taustatähden valon, tähtitieteilijät pystyivät osoittamaan, että Pluton ylempi ilmakehä oli noin 50 astetta pintaa lämpimämpi eli miinus 170 celsiusastetta. Näillä havainnoilla ei voitu valottaa ilmakehän lämpötilaa ja painetta lähellä Pluton pintaa. Ainutlaatuiset uudet havainnot, jotka on tehty ESO:n Very Large Telescope -kaukoputkeen liitetyllä CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph -kaukoputkella (CRIRES), ovat nyt kuitenkin paljastaneet, että koko ilmakehän, ei vain yläilmakehän, keskilämpötila on miinus 180 celsiusastetta, joten ilmakehä on todellakin ”paljon kuumempi” kuin pinta.
Toisin kuin Maan ilmakehässä , suurimmassa osassa, ellei jopa koko Pluton ilmakehässä vallitsee siis lämpötilainversio: lämpötila on sitä korkeampi, mitä ylemmäs ilmakehässä katsotaan. Muutos on noin 3-15 astetta kilometriä kohden. Maassa lämpötila laskee normaalitilanteessa ilmakehän läpi noin 6 astetta kilometriä kohden.
”On kiehtovaa ajatella, että CRIRESin avulla pystymme mittaamaan tarkasti jälkiä kaasusta ilmakehässä, joka on 100 000 kertaa ohuempi kuin Maan ilmakehä, viisi kertaa pienemmässä kohteessa kuin planeettamme ja joka sijaitsee Aurinkokuntamme äärirajoilla”, sanoo toinen kirjoittaja Hans-Ulrich Käufl. ”CRIRESin ja VLT:n yhdistelmä on melkein kuin Plutoa kiertävä kehittynyt ilmakehän tutkimussatelliitti.”
Syy siihen, miksi Pluton pinta on niin kylmä, liittyy Pluton ilmakehän olemassaoloon ja johtuu pinnan jään sublimoitumisesta; samaan tapaan kuin hiki viilentää kehoa haihtuessaan ihon pinnalta, tämä sublimoituminen vaikuttaa viilentävästi myös Pluton pintaan. Tässä suhteessa Plutolla on joitakin yhteisiä ominaisuuksia komeettojen kanssa, joiden kooma ja pyrstöt syntyvät sublimoituvasta jäästä niiden lähestyessä Aurinkoa.
CRIRES-havainnot osoittavat myös, että metaani on toiseksi yleisin kaasu Pluton ilmakehässä, ja sen osuus molekyyleistä on puoli prosenttia. ”Pystyimme osoittamaan, että näillä metaanimäärillä on ratkaiseva rooli ilmakehän lämmitysprosesseissa ja ne voivat selittää ilmakehän kohonneen lämpötilan”, Lellouch sanoo.
Kahdella eri mallilla voidaan selittää Pluton ilmakehän ominaisuudet. Ensimmäisessä tähtitieteilijät olettavat, että Pluton pintaa peittää ohut metaanikerros, joka estää typpihuurteen sublimoitumisen. Toisessa skenaariossa vedotaan puhtaiden metaanilaikkujen olemassaoloon pinnalla.
”Näiden kahden skenaarion erottaminen toisistaan vaatii Pluton jatkotutkimuksia sen siirtyessä kauemmas Auringosta”, Lellouch sanoo. ”Ja tietysti myös NASAn New Horizons -avaruusluotain antaa meille lisää vihjeitä, kun se saavuttaa kääpiöplaneetan vuonna 2015.”
Huomautuksia
Pluton ilmanpaine on vain noin sadantuhannesosa maapallon paineesta eli noin 0.015 millibaaria.
Yleensä maapallon pinnan lähellä oleva ilma on lämpimämpää kuin sen yläpuolella oleva ilma, mikä johtuu suurelta osin siitä, että ilmakehä lämpiää alhaalta päin Auringon säteilyn lämmittäessä maapallon pintaa, joka puolestaan lämmittää suoraan yläpuolella olevaa ilmakehän kerrosta. Tietyissä olosuhteissa tilanne kääntyy päinvastaiseksi, jolloin ilma on kylmempää lähellä maapallon pintaa. Meteorologit kutsuvat tätä inversiokerrokseksi, ja se voi aiheuttaa savusumun muodostumista.
Lisätietoja
E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
Ryhmään kuuluvat E. Lellouch, B. Sicardy ja C. de Bergh (Observatoire de Paris, Ranska), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi ja A. Campargue (Université Joseph Fourier, Ranska).
Yhteystiedot
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Pariisi, Ranska
Tel: +33 1 450 77 672
Sähköposti: Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Pariisi, Ranska
Tel: Garching, Saksa
Tel: [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Saksa
Tel: +49 89 3200 6222 I92
Email: [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chile
Tel: +56 2 463 3123
Sähköposti: [email protected]
Yhteydet ESO:n sosiaaliseen mediaan
.