eso0908 – Science Release
2 maart 2009
Met behulp van ESO’s Very Large Telescope hebben astronomen waardevolle nieuwe inzichten gekregen over de atmosfeer van de dwergplaneet Pluto. De wetenschappers vonden onverwacht grote hoeveelheden methaan in de atmosfeer, en ontdekten ook dat de atmosfeer ongeveer 40 graden heter is dan het oppervlak, hoewel het nog steeds slechts een ijskoude min 180 graden Celsius bereikt. Deze eigenschappen van Pluto’s atmosfeer kunnen het gevolg zijn van de aanwezigheid van zuivere methaanvlekken of van een methaanrijke laag die het oppervlak van de dwergplaneet bedekt.
“Met veel methaan in de atmosfeer wordt duidelijk waarom Pluto’s atmosfeer zo warm is,” zegt Emmanuel Lellouch, hoofdauteur van het paper waarin de resultaten worden gerapporteerd.
Pluto, die ongeveer een vijfde zo groot is als de aarde, bestaat voornamelijk uit rots en ijs. Omdat hij gemiddeld 40 keer verder van de zon staat dan de aarde, is het een zeer koude wereld met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer min 220 graden Celsius.
Al sinds de jaren tachtig is bekend dat Pluto ook een ijle atmosfeer heeft, die bestaat uit een dun omhulsel van voornamelijk stikstof, met sporen van methaan en waarschijnlijk koolmonoxide. Als Pluto zich verwijdert van de zon, tijdens zijn 248 jaar lange baan, bevriest zijn atmosfeer geleidelijk en valt naar de grond. In perioden dat hij dichter bij de zon staat – zoals nu – stijgt de temperatuur van Pluto’s vaste oppervlak, waardoor het ijs sublimeert tot gas.
Tot voor kort konden alleen de bovenste delen van de atmosfeer van Pluto worden bestudeerd. Door steroccultaties waar te nemen, een verschijnsel dat optreedt wanneer een zonnestelselobject het licht van een achtergrondster blokkeert, konden astronomen aantonen dat Pluto’s bovenste atmosfeer zo’n 50 graden warmer was dan het oppervlak, of minus 170 graden Celsius. Deze waarnemingen konden geen licht werpen op de atmosferische temperatuur en druk nabij Pluto’s oppervlak. Maar unieke, nieuwe waarnemingen met de CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), bevestigd aan ESO’s Very Large Telescope, hebben nu onthuld dat de atmosfeer als geheel, niet alleen de bovenste, een gemiddelde temperatuur heeft van min 180 graden Celsius, en dus inderdaad “veel heter” is dan het oppervlak.
In tegenstelling tot de atmosfeer van de Aarde ondergaat het grootste deel, zo niet de gehele, van Pluto’s atmosfeer dus een temperatuurinversie: de temperatuur is hoger, naarmate je hoger in de atmosfeer kijkt. De verandering is ongeveer 3 tot 15 graden per kilometer. Op aarde daalt de temperatuur onder normale omstandigheden door de atmosfeer met ongeveer 6 graden per kilometer.
“Het is fascinerend om te bedenken dat we met CRIRES in staat zijn om nauwkeurig sporen te meten van een gas in een atmosfeer die 100 000 keer ijler is dan die van de aarde, op een object dat vijf keer kleiner is dan onze planeet en zich aan de rand van het zonnestelsel bevindt,” zegt co-auteur Hans-Ulrich Käufl. “De combinatie van CRIRES en de VLT is bijna alsof je een geavanceerde atmosferische onderzoekssatelliet in een baan om Pluto hebt.”
De reden waarom Pluto’s oppervlak zo koud is, houdt verband met het bestaan van Pluto’s atmosfeer, en is te wijten aan de sublimatie van het oppervlakte-ijs; net zoals zweet het lichaam afkoelt wanneer het verdampt van het huidoppervlak, heeft deze sublimatie een verkoelend effect op het oppervlak van Pluto. In dit opzicht deelt Pluto enkele eigenschappen met kometen, waarvan de coma en staarten ontstaan uit sublimerend ijs als ze de zon naderen.
De CRIRES-waarnemingen geven ook aan dat methaan het op een na meest voorkomende gas is in Pluto’s atmosfeer, goed voor een half procent van de moleculen. “We konden aantonen dat deze hoeveelheden methaan een cruciale rol spelen bij de verwarmingsprocessen in de atmosfeer en de verhoogde atmosfeertemperatuur kunnen verklaren,” zegt Lellouch.
Twee verschillende modellen kunnen de eigenschappen van Pluto’s atmosfeer verklaren. In het eerste gaan de astronomen ervan uit dat Pluto’s oppervlak bedekt is met een dunne laag methaan, die de sublimatie van de stikstofvorst zal tegenhouden. Het tweede scenario gaat uit van het bestaan van zuivere methaanvlekken op het oppervlak.
“Om een onderscheid tussen de twee te kunnen maken, moet Pluto verder worden bestudeerd terwijl hij zich van de zon verwijdert,” zegt Lellouch. “En natuurlijk zal NASA’s ruimtesonde New Horizons ons ook meer aanwijzingen geven als die in 2015 de dwergplaneet bereikt.”
Noten
De atmosferische druk op Pluto is slechts ongeveer een honderdduizendste van die op aarde, of ongeveer 0.015 millibar.
Gewoonlijk is de lucht nabij het aardoppervlak warmer dan de lucht erboven, grotendeels omdat de atmosfeer van onderen wordt verwarmd doordat zonnestraling het aardoppervlak verwarmt, dat op zijn beurt de laag van de atmosfeer direct erboven verwarmt. Onder bepaalde omstandigheden wordt deze situatie omgekeerd, zodat de lucht aan het aardoppervlak kouder is. Meteorologen noemen dit een inversielaag, en die kan smogvorming veroorzaken.
Meer informatie
E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
Het team bestaat uit E. Lellouch, B. Sicardy, and C. de Bergh (Observatoire de Paris, Frankrijk), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi en A. Campargue (Université Joseph Fourier, Frankrijk).
Contacten
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Paris, France
Tel: +33 1 450 77 672
Email: [email protected]
Hans-Ulrich Käufl
ESO
Garching, Duitsland
Tel: +33 1 450 77 672 I92
Cell: +49 160 6365135
Email: [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Duitsland
Tel: +49 89 3200 6222 I92
Email: [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chili
Tel: +56 2 463 3123
Email: [email protected]
Connect met ESO op sociale media