eso0908 – Science Release
2 mars 2009
Med hjälp av ESO:s Very Large Telescope har astronomer fått värdefulla nya insikter om dvärgplaneten Plutos atmosfär. Forskarna fann oväntat stora mängder metan i atmosfären och upptäckte också att atmosfären är 40 grader varmare än ytan, även om den fortfarande bara når upp till iskalla minus 180 grader Celsius. Dessa egenskaper hos Plutos atmosfär kan bero på förekomsten av rena metanfläckar eller på ett metanrikt lager som täcker dvärgplanetens yta.
”Med mycket metan i atmosfären blir det tydligt varför Plutos atmosfär är så varm”, säger Emmanuel Lellouch, huvudförfattare till artikeln som redovisar resultaten.
Pluto, som är ungefär en femtedel av jordens storlek, består huvudsakligen av sten och is. Eftersom Pluto ligger ungefär 40 gånger längre från solen än jorden i genomsnitt är det en mycket kall värld med en yttemperatur på cirka minus 220 grader Celsius!
Det har varit känt sedan 1980-talet att Pluto också har en tunn atmosfär, som består av ett tunt hölje av mestadels kväve, med spår av metan och troligen kolmonoxid. När Pluto rör sig bort från solen, under sin 248 år långa bana, fryser dess atmosfär gradvis och faller till marken. Under perioder då den befinner sig närmare solen – som nu – ökar temperaturen på Plutos fasta yta, vilket gör att isen sublimeras till gas.
Till nyligen kunde endast de övre delarna av Plutos atmosfär studeras. Genom att observera stjärnockultationer, ett fenomen som uppstår när en kropp i solsystemet blockerar ljuset från en bakgrundsstjärna, kunde astronomer visa att Plutos övre atmosfär var cirka 50 grader varmare än ytan, eller minus 170 grader Celsius. Dessa observationer kunde inte kasta något ljus över atmosfärens temperatur och tryck nära Plutos yta. Men unika, nya observationer som gjorts med CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), som är fäst vid ESO:s Very Large Telescope, har nu avslöjat att atmosfären som helhet, inte bara den övre atmosfären, har en medeltemperatur på minus 180 grader Celsius, och att den alltså verkligen är ”mycket varmare” än ytan.
I motsats till jordens atmosfär genomgår alltså större delen, om inte hela, av Plutos atmosfär en temperaturinversion: temperaturen är högre ju högre upp i atmosfären man tittar. Förändringen är ungefär 3 till 15 grader per kilometer. På jorden sjunker temperaturen under normala omständigheter genom atmosfären med cirka 6 grader per kilometer.
”Det är fascinerande att tänka sig att vi med CRIRES kan mäta spåren av en gas i en atmosfär som är 100 000 gånger tunnare än jordens, på ett objekt som är fem gånger mindre än vår planet och som befinner sig i utkanten av solsystemet”, säger Hans-Ulrich Käufl, medförfattare. ”Kombinationen av CRIRES och VLT är nästan som att ha en avancerad satellit för atmosfärsforskning i omloppsbana runt Pluto.”
Anledningen till att Plutos yta är så kall är kopplad till existensen av Plutos atmosfär och beror på sublimeringen av isen på ytan. På samma sätt som svett kyler kroppen när den avdunstar från hudytan, har denna sublimering en kylande effekt på Plutos yta. I detta avseende delar Pluto vissa egenskaper med kometer, vars koma och svansar uppstår genom sublimering av is när de närmar sig solen.
CRIRES-observationerna visar också att metan är den näst vanligaste gasen i Plutos atmosfär och utgör en halv procent av molekylerna. ”Vi kunde visa att dessa mängder metan spelar en avgörande roll för uppvärmningsprocesserna i atmosfären och kan förklara den förhöjda atmosfärstemperaturen”, säger Lellouch.
Två olika modeller kan förklara egenskaperna hos Plutos atmosfär. I den första antar astronomerna att Plutos yta är täckt av ett tunt lager metan, vilket hämmar sublimeringen av kvävefrosten. I det andra scenariot åberopas förekomsten av rena metanfläckar på ytan.
”För att skilja mellan de två scenarierna kommer det att krävas ytterligare studier av Pluto när den rör sig bort från solen”, säger Lellouch. ”Och naturligtvis kommer NASA:s rymdsond New Horizons också att ge oss fler ledtrådar när den når dvärgplaneten 2015.”
Notiser
Det atmosfäriska trycket på Pluto är bara ungefär en hundra tusendel av trycket på jorden, eller ungefär 0.015 millibars.
Vanligtvis är luften nära jordytan varmare än luften ovanför, till stor del på grund av att atmosfären värms upp underifrån när solstrålning värmer upp jordytan, som i sin tur värmer upp det skikt av atmosfären som ligger direkt ovanför. Under vissa förhållanden är denna situation omvänd så att luften är kallare nära jordytan. Meteorologer kallar detta för ett inversionsskikt, och det kan orsaka smogbildning.
Mer information
E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
Gruppen består av E. Lellouch, B. Sicardy och C. de Bergh (Observatoire de Paris, Frankrike), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi och A. Campargue (Université Joseph Fourier, Frankrike).
Kontakter
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Paris, Frankrike
Tel: +33 1 450 77 672
Email: [email protected]
Hans-Ulrich Käufl
ESO
Garching, Tyskland
Tel: +33 1 450 77 672 I92
Cell: +49 160 6365135
Email: [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Tyskland
Tel: +49 89 3200 6222 I92
Email: [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chile
Tel: +56 2 463 3123
Email: [email protected]
Koppla upp dig med ESO på sociala medier