eso0908 – Science Release
2 March 2009
Używając Bardzo Dużego Teleskopu ESO, astronomowie uzyskali nowe, cenne spostrzeżenia na temat atmosfery planety karłowatej Pluton. Naukowcy znaleźli niespodziewanie duże ilości metanu w atmosferze, a także odkryli, że atmosfera jest gorętsza od powierzchni o około 40 stopni, choć wciąż osiąga zaledwie minus 180 stopni Celsjusza. Te właściwości atmosfery Plutona mogą być spowodowane obecnością czystych płatów metanu lub bogatej w metan warstwy pokrywającej powierzchnię planety karłowatej.
„Z dużą ilością metanu w atmosferze, staje się jasne, dlaczego atmosfera Plutona jest tak ciepła”, mówi Emmanuel Lellouch, główny autor pracy przedstawiającej wyniki.
Pluton, który jest około jednej piątej wielkości Ziemi, składa się głównie ze skał i lodu. Ponieważ jest około 40 razy dalej od Słońca niż Ziemia, jest to bardzo zimny świat z temperaturą powierzchni około minus 220 stopni Celsjusza!
Wiemy od lat 80-tych, że Pluton ma również delikatną atmosferę, która składa się z cienkiej powłoki głównie azotu, ze śladami metanu i prawdopodobnie tlenku węgla. Gdy Pluton oddala się od Słońca, podczas swojej 248-letniej orbity, jego atmosfera stopniowo zamarza i opada na ziemię. W okresach, gdy znajduje się bliżej Słońca – tak jak teraz – temperatura stałej powierzchni Plutona wzrasta, powodując sublimację lodu w gaz.
Do niedawna można było badać tylko górne partie atmosfery Plutona. Obserwując okluzje gwiazd, zjawisko, które występuje, gdy ciało Układu Słonecznego blokuje światło gwiazdy tła, astronomowie byli w stanie wykazać, że górna atmosfera Plutona jest o około 50 stopni cieplejsza od powierzchni, czyli minus 170 stopni Celsjusza. Obserwacje te nie mogły rzucić żadnego światła na temperaturę atmosfery i ciśnienie w pobliżu powierzchni Plutona. Jednak unikalne, nowe obserwacje wykonane za pomocą CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), dołączonego do Bardzo Dużego Teleskopu ESO, ujawniły, że atmosfera jako całość, a nie tylko jej górna część, ma średnią temperaturę minus 180 stopni Celsjusza, a więc rzeczywiście jest „znacznie gorętsza” niż powierzchnia.
W przeciwieństwie do atmosfery Ziemi , większość, jeśli nie cała, atmosfera Plutona przechodzi zatem inwersję temperatury: temperatura jest wyższa, im wyżej w atmosferze patrzysz. Zmiana wynosi około 3 do 15 stopni na kilometr. Na Ziemi, w normalnych warunkach, temperatura spada w atmosferze o około 6 stopni na kilometr.
„Fascynujące jest to, że dzięki CRIRES jesteśmy w stanie precyzyjnie zmierzyć ślady gazu w atmosferze 100 000 razy bardziej napiętej niż ziemska, na obiekcie pięć razy mniejszym od naszej planety i znajdującym się na skraju Układu Słonecznego”, mówi współautor Hans-Ulrich Käufl. „Połączenie CRIRES i VLT jest prawie jak posiadanie zaawansowanego satelity do badań atmosfery orbitującego wokół Plutona.”
Powód, dla którego powierzchnia Plutona jest tak zimna jest związany z istnieniem atmosfery Plutona i wynika z sublimacji lodu powierzchniowego; podobnie jak pot chłodzi ciało, gdy wyparowuje z powierzchni skóry, ta sublimacja ma efekt chłodzący na powierzchni Plutona. Pod tym względem Pluton dzieli niektóre właściwości z kometami, których koma i ogony powstają z sublimującego lodu, gdy zbliżają się do Słońca.
Obserwacje CRIRES wskazują również, że metan jest drugim najczęściej występującym gazem w atmosferze Plutona, stanowiąc pół procenta cząsteczek. „Byliśmy w stanie pokazać, że te ilości metanu odgrywają kluczową rolę w procesach ogrzewania w atmosferze i mogą wyjaśnić podwyższoną temperaturę atmosfery” – mówi Lellouch.
Dwa różne modele mogą wyjaśnić właściwości atmosfery Plutona. W pierwszym z nich astronomowie zakładają, że powierzchnia Plutona pokryta jest cienką warstwą metanu, który hamuje sublimację azotowego szronu. Drugi scenariusz zakłada istnienie na powierzchni plam czystego metanu.
„Rozróżnienie tych dwóch wariantów będzie wymagało dalszych badań Plutona w miarę oddalania się od Słońca” – mówi Lellouch. „I oczywiście, sonda kosmiczna NASA New Horizons również dostarczy nam więcej wskazówek, gdy dotrze do planety karłowatej w 2015 roku.”
Notatki
Ciśnienie atmosferyczne na Plutonie wynosi tylko około jednej stutysięcznej tego na Ziemi, czyli około 0.015 milibarów.
Zazwyczaj powietrze w pobliżu powierzchni Ziemi jest cieplejsze niż powietrze nad nią, głównie dlatego, że atmosfera jest ogrzewana od dołu, ponieważ promieniowanie słoneczne ogrzewa powierzchnię Ziemi, która z kolei ogrzewa warstwę atmosfery bezpośrednio nad nią. W pewnych warunkach sytuacja ta ulega odwróceniu, tak że powietrze jest zimniejsze w pobliżu powierzchni Ziemi. Meteorolodzy nazywają to warstwą inwersyjną i może ona powodować gromadzenie się smogu.
Więcej informacji
E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
Zespół w składzie E. Lellouch, B. Sicardy, and C. de Bergh (Observatoire de Paris, Francja), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi i A. Campargue (Université Joseph Fourier, Francja).
Kontakty
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Paris, Francja
Tel: +33 1 450 77 672
Email: [email protected]
Hans-Ulrich Käufl
ESO
Garching, Niemcy
Tel: +33 1 450 77 672 I92
Cell: +49 160 6365135
Email: [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Niemcy
Tel: +49 89 3200 6222 I92
Email: [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chile
Tel: +56 2 463 3123
Email: [email protected]
Connect with ESO on social media
.