Αποκαλύφθηκε η χαμηλότερη ατμόσφαιρα του Πλούτωνα

Πηγή: PhysOrg, 2 Μαρτίου 2009

Ο Πλούτωνας, που έχει περίπου το ένα πέμπτο του μεγέθους της Γης, αποτελείται κυρίως από βράχια και πάγους. Καθώς απέχει περίπου 40 φορές περισσότερο από τον Ήλιο από όσο η Γη, η θερμοκρασία της επιφάνειας του είναι περίπου μείον 220 βαθμούς Κελσίου!

Ήταν γνωστό από τη δεκαετία του 1980 ότι ο Πλούτωνας έχει μια ασθενική ατμόσφαιρα, που αποτελείται κυρίως από ένα λεπτό στρώμα αζώτου, με ίχνη μεθανίου και μάλλον μονοξειδίου του άνθρακα. Καθώς ο Πλούτωνας απομακρύνεται από τον Ήλιο, κατά τη διάρκεια της τροχιάς του των 248 ετών, σταδιακά παγώνει η ατμόσφαιρα του και πέφτει στο έδαφος. Κατά περιόδους, όταν είναι πιο κοντά στον Ήλιο - όπως είναι τώρα - η θερμοκρασία της στερεάς επιφάνειας του Πλούτωνα αυξάνεται, αναγκάζοντας τον πάγο να εξαχνώνεται κατευθείαν σε αέριο.

Μια καλλιτεχνική απεικόνιση για το πως θα μπορούσε να φαινόταν η επιφάνεια του Πλούτωνα, σύμφωνα με ένα από τα δύο μοντέλα που έχει αναπτύξει μια ομάδα αστρονόμων με που σπούδασε με CRIRES. Η εικόνα δείχνει 'μπαλώματα' καθαρού μεθανίου στην επιφάνεια. Στην απόσταση που βρίσκεται ο Πλούτωνας, ο Ήλιος φαίνεται περίπου 1.000 φορές πιο εξασθενημένος από ό,τι στη Γη.

"Με τις ποσότητες του μεθανίου στην ατμόσφαιρα, είναι σαφής ο λόγος γιατί ο Πλούτωνας έχει τόσο ζεστή ατμόσφαιρα", λέει ο Emmanuel Lellouch, επικεφαλής της έρευνας

Μέχρι πρόσφατα, μπορούσαν να μελετηθούν μόνο τα ανώτερα τμήματα της ατμόσφαιρας του Πλούτωνα. Με την παρατήρηση αστρικών εκλείψεων, ένα φαινόμενο που προκύπτει όταν ένα σώμα του ηλιακού συστήματος μπλοκάρει το φως από ένα μακρινό άστρο, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να αποδείξουν ότι η ανώτερη ατμόσφαιρα του Πλούτωνα ήταν περίπου 50 βαθμούς θερμότερη από την επιφάνεια, ή μείον 170 βαθμούς Κελσίου. Οι παρατηρήσεις αυτές δεν μπορούσαν να ρίξουν φως στην ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία κοντά στην επιφάνεια του Πλούτωνα. Αλλά οι μοναδικές, νέες παρατηρήσεις με το CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), που βρίσκεται στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO, έδειξαν τώρα ότι η ατμόσφαιρα στο σύνολό της, όχι μόνο τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, έχει μια μέση θερμοκρασία μείον 180 βαθμούς Κελσίου, και έτσι είναι πράγματι "πολύ θερμότερη" από την επιφάνεια.

Σε αντίθεση με την ατμόσφαιρα της Γης, η περισσότερη, αν όχι όλη, η ατμόσφαιρα του Πλούτωνα υφίσταται μια αναστροφή θερμοκρασίας: η θερμοκρασία είναι υψηλότερη όσο πιο υψηλά είμαστε στην ατμόσφαιρα. Η αλλαγή είναι περίπου 3 έως 15 βαθμούς ανά χιλιόμετρο. Στη Γη, υπό κανονικές συνθήκες, η θερμοκρασία μειώνεται κατά 6 βαθμούς ανά χιλιόμετρο.

Ας σημειωθεί πως η ατμοσφαιρική πίεση στον Πλούτωνα είναι περίπου το 1/100.000 της Γης, ή περίπου 0,015 millibars. Επίσης, κατά κανόνα ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της Γης είναι θερμότερος από τον αέρα πάνω από αυτή, κυρίως επειδή η ατμόσφαιρα θερμαίνεται από κάτω, καθώς η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, η οποία, με τη σειρά της, ζεσταίνει το στρώμα της ατμόσφαιρας αμέσως από πάνω της. Υπό ορισμένες συνθήκες, η κατάσταση αυτή αναστρέφεται, έτσι ώστε ο αέρας είναι πιο ψυχρός κοντά στην επιφάνεια της Γης. Οι μετεωρολόγοι λένε ότι έχουμε ένα αντίστροφο στρώμα, και μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση νέφους

"Ο συνδυασμός του οργάνου CRIRES και του VLT είναι σαν να είχαμε κάνει ατμοσφαιρική έρευνα με δορυφόρο σε τροχιά γύρω από τον Πλούτωνα", λέει ο Hans-Ulrich Käufl μέλος της πμάδας. 

Η αιτία που η επιφάνεια του Πλούτωνα είναι τόσο ψυχρή συνδέεται με την ύπαρξη της ατμόσφαιρας του Πλούτωνα, και οφείλεται στην εξάχνωση της επιφάνειας του πάγου. Όπως ο ιδρώτας ψύχει τον οργανισμό μας όταν εξατμίζεται, έτσι και η εξάχνωση ψύχει την επιφάνεια του Πλούτωνα. Από την άποψη αυτή, ο Πλούτωνας μοιράζεται ορισμένες ιδιότητες με τους κομήτες, των οποίων η κώμη και οι ουρές τους προκύπτουν από τον πάγο που εξαχνώνεται μόλις προσεγγίζουν τον Ήλιο.

Οι παρατηρήσεις του CRIRES δείχνουν επίσης ότι το μεθάνιο είναι το δεύτερο πιο κοινό αέριο του Πλούτωνα στην ατμόσφαιρα, αντιπροσωπεύοντας το 0,5% των μορίων. "Μπορέσαμε να αποδείξουμε ότι οι εν λόγω ποσότητες μεθανίου παίζουν κρίσιμο ρόλο στη θέρμανση της ατμόσφαιρας και μπορούν να εξηγήσουν την αυξημένη ατμοσφαιρική θερμοκρασία", λέει ο Lellouch.

Τις ιδιότητες της ατμόσφαιρας του Πλούτωνα  μπορούν να εξηγήσουν δύο διαφορετικά μοντέλα. Στο πρώτο, οι αστρονόμοι υποθέτουν ότι η επιφάνεια του καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα μεθανίου, το οποίο αναστέλλει την εξάχνωση του παγωμένου αζώτου. Το δεύτερο σενάριο επικαλείται την ύπαρξη τμημάτων καθαρού μεθανίου πάνω στην επιφάνεια.

"Το ποιο μοντέλο ισχύει απαιτεί κι άλλη μελέτη του Πλούτωνα καθώς μετακινείται μακριά από τον Ήλιο", λέει ο Lellouch. "Και φυσικά, το νέο διαστημόπλοιο New Horizons της NASA θα μας δώσει περισσότερα στοιχεία όταν φθάσει στο νάνο πλανήτη το 2015."