Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ανακάλυψε ότι μια ομίχλη που καλύπτει τον παγωμένο Πλούτωνα βοηθά στο να ψυχθεί ακόμη περισσότερο η ατμόσφαιρα του νάνου πλανήτη, ενώ ταυτόχρονα ωθεί μεθάνιο και άλλες οργανικές ενώσεις έξω από την ατμόσφαιρα, όπου ορισμένες από αυτές καταλήγουν να συλλέγονται από τον δορυφόρο του Πλούτωνα, τον Χάροντα.
Πλούτωνας: Ένα φαινόμενο χωρίς προηγούμενο στο ηλιακό σύστημα
Η ύπαρξη αυτής της ομίχλης είχε προβλεφθεί ήδη από το 2017 από τον πλανητικό επιστήμονα Xi Zhang του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Κρουζ, για να εξηγηθεί γιατί η ατμόσφαιρα του Πλούτωνα διαρρέει με τέτοιο ρυθμό. Με βάση μετρήσεις από το διαστημικό σκάφος New Horizons της NASA, που πέταξε κοντά στον Πλούτωνα και τον Χάροντα το 2015, ο αστρονόμος Will Grundy του Αστεροσκοπείου Lowell υπολόγισε ότι ο Πλούτωνας χάνει 1,3 κιλά μεθανίου κάθε δευτερόλεπτο. Από αυτό, περίπου το 2,5% παγιδεύεται από τον Χάροντα, χρωματίζοντας τους πόλους του κόκκινους μέσω οργανικής χημείας.
Δεν έχει παρατηρηθεί σε κανένα άλλο σημείο του ηλιακού συστήματος ατμόσφαιρα που να διαρρέει προς έναν γειτονικό ουράνιο σώμα.
Η δύναμη της ομίχλης
Η αιτία αυτής της διαρροής παρέμενε άγνωστη, όμως ο Zhang είχε υποθέσει ότι εάν η ατμόσφαιρα του Πλούτωνα περιλαμβάνει ένα στρώμα ομίχλης, τότε αυτό το στρώμα θα μπορούσε να απορροφά την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου. Αυτή η ακτινοβολία θα μπορούσε να παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια ώστε μόρια όπως το μεθάνιο να διαφύγουν στο διάστημα.
Παράλληλα, είχε προβλέψει και ένα αντίθετο αποτέλεσμα: ότι η ομίχλη θα μπορούσε να έχει ψυκτική δράση, κάτι που είχε παρατηρηθεί στο μεσόσφαιρο του Πλούτωνα – το τρίτο στρώμα της ατμόσφαιράς του, πάνω από την ανύπαρκτη σχεδόν τροπόσφαιρα και τη πιο πυκνή στρατόσφαιρα.
Το μεσόσφαιρο του Πλούτωνα εκτείνεται από τα 20 έως τα 40 χιλιόμετρα σε ύψος, με θερμοκρασία που φτάνει τους -163°C και πέφτει έως τους -203°C, δηλαδή μόλις 70 Κέλβιν.
Το JWST επιβεβαιώνει την ύπαρξη της ομίχλης
Παρότι παλαιότερα τηλεσκόπια όπως το Infrared Space Observatory (1997), το Spitzer (2004) και το Herschel (2012) είχαν εντοπίσει εκπομπή στη μέση υπέρυθρη περιοχή από το σύστημα Πλούτωνα-Χάροντα, δεν μπορούσαν να ξεχωρίσουν τις δύο πηγές. Το James Webb όμως, με τον καθρέφτη των 6,5 μέτρων και το υπέρυθρο όργανό του (MIRI), μπόρεσε να διακρίνει την προέλευση της εκπομπής και να επιβεβαιώσει την ύπαρξη της ομίχλης.
Ο πλανητολόγος Tanguy Bertrand από το Αστεροσκοπείο του Παρισιού εξήγησε:
«Χρησιμοποιούμε τον όρο “ομίχλη” για να περιγράψουμε στρώματα στερεών αερολυμάτων αιωρούμενων ψηλά στην ατμόσφαιρα. Αυτά διασκορπίζουν το φως και μειώνουν την ορατότητα, σχηματίζοντας ένα διάχυτο και ημιδιαφανές στρώμα».
Η ατμόσφαιρα του Πλούτωνα αποτελείται κυρίως από άζωτο, με ίχνη διοξειδίου του άνθρακα και υδρογονανθράκων όπως μεθάνιο, βενζόλιο, διαακετυλένιο και υδροκυάνιο. Παρά την εξαιρετικά χαμηλή πίεση (13 μικρομπάρ), η χαμηλή βαρύτητα επιτρέπει στα μόρια να φεύγουν σχετικά εύκολα προς το διάστημα, με την απαιτούμενη ενέργεια να παρέχεται από την ηλιακή ακτινοβολία.
Θέρμανση και ψύξη από την ίδια ομίχλη
Η διπλή δράση της ομίχλης – να θερμαίνει και ταυτόχρονα να ψύχει την ατμόσφαιρα – εξαρτάται από τις ιδιότητες των σωματιδίων της: το μέγεθος, το σχήμα και τη σύνθεσή τους (αν είναι π.χ. παγωμένα με υδρογονανθρακικά υλικά ή όχι). Αυτές οι λεπτομέρειες παραμένουν εν μέρει άγνωστες, και οι επιστήμονες προσπαθούν να τις προσδιορίσουν με μοντέλα σε μικροφυσική κλίμακα.
Σύμφωνα με τον Zhang, το ισοζύγιο ενέργειας είναι περίπλοκο:
«Με βάση τις θερμοκρασίες που κατέγραψε το New Horizons το 2015, διαπιστώσαμε ότι η θέρμανση από την ακτινοβολία υπερβαίνει σημαντικά τη φυσική ψύξη των αερίων. Έτσι, απαιτείται επιπλέον ψύξη – και αυτήν την παρέχει η ομίχλη. Δεν γνωρίζουμε ακόμα αν αυτό ισχύει και στις υπόλοιπες εποχές, καθώς οι εποχές στον Πλούτωνα διαφέρουν δραματικά».
Ένας παγωμένος πλανήτης με δυναμική «κλιματική» ισορροπία
Η κλιματική ισορροπία στον Πλούτωνα καθορίζεται από την εξάχνωση και την επανασυμπύκνωση αερίων όπως το άζωτο, το μεθάνιο και το μονοξείδιο του άνθρακα, πολλά από τα οποία προέρχονται από τον παγετώνα της Sputnik Planitia, το χαρακτηριστικό σε σχήμα καρδιάς στην επιφάνεια του Πλούτωνα.
Λόγω της έντονα ελλειπτικής τροχιάς του, η απόσταση του Πλούτωνα από τον Ήλιο ποικίλλει δραστικά, επηρεάζοντας την ποσότητα ηλιακής ενέργειας που φτάνει στην ατμόσφαιρά του.
Μια ματιά στο παρελθόν της Γης
Η ομίχλη του Πλούτωνα μοιάζει με την πλούσια σε υδρογονάνθρακες ομίχλη του Τιτάνα, του φεγγαριού του Κρόνου. Και οι δύο δημιουργούνται μέσω φωτοχημείας, δηλαδή αντιδράσεων της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας με μόρια όπως το άζωτο και το μεθάνιο.
Ακόμη και η πρώιμη Γη, πριν την εμφάνιση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα πριν 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, ενδέχεται να είχε παρόμοια ομίχλη – αν και πολύ πιο πυκνή. Έτσι, μελετώντας τον Πλούτωνα, ίσως κατανοήσουμε καλύτερα και τις πρώτες φάσεις της ατμοσφαιρικής εξέλιξης του δικού μας πλανήτη.
Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Astronomy στις 2 Ιουνίου.