Земля и Плутон не имеют много общего. Земля - это живой, живой мир, тогда как Плутон холодный, далекий и безжизненный. Но их объединяет азот. Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, а основной составной частью Плутона является также азот, хотя точный процент неясен.
На Плутоне, где температура поверхности составляет около 42 Кельвинов (-231 по Цельсию), большая часть этого азота заморожена. Новое исследование говорит, что замороженный азот Плутона движет ветрами планеты и формирует ее характерные поверхности.
До прибытия космического корабля НАСА «Новые горизонты» в Плутон мы мало что знали о планете или ее особенностях на поверхности. Когда космический корабль прибыл в июле 2015 года, мы все были удивлены, обнаружив, что Плутон был гораздо более активным местом, чем мы думали. Это также когда мы впервые увидели Tombaugh Regio, большой, слегка окрашенный регион на поверхности планеты.
Tombaugh Regio - очень странное место для человеческих глаз. У него есть две большие доли, которые делают его похожим на сердце, и астрономы иногда называют его «Сердце Плутона». Западная доля называется Sputnik Planitia, и на ней расположены горы высотой 6200 метров (20 000 футов) (Tenzing Montes, ранее Norgay Montes), сделанные из водяного льда, и обширная равнина, покрытая азотным льдом.
В новой статье говорится, что обширное месторождение азота в Sputnik Planitia управляет ветрами Плутона и формирует поверхность планеты. Статья озаглавлена «Бьющееся сердце Плутона регулирует циркуляцию атмосферы: результаты высокого разрешения и многолетнего численного моделирования климата». Он опубликован в журнале геофизических исследований. Ведущий автор - Танги Бертран, астрофизик и планетолог из Исследовательского центра Эймса НАСА.
«У Плутона есть загадка для всех».
Танги Бертран, ведущий автор, исследовательский центр Эймса
Большая часть тонкой атмосферы Плутона - азот, а также небольшое количество углекислого газа и метана. Огромное количество замороженного азота находится в Sputnik Planitia, и в течение дня температура поднимается достаточно, чтобы сублимировать его, превращая в пар. Ночью процесс переворачивается, и азот снова замерзает, падая на поверхность. Каждый раз, когда цикл повторяется, он действует как насос или «сердцебиение», качая потоки азота вокруг планеты.
Этот ветер течет в противоположном направлении вращения планеты, и он может быть ответственен за необычные поверхностные особенности на планете. Когда тонкий, богатый азотом ветер дует вдоль поверхности, он переносит тепло, частицы льда и частицы тумана, создавая темные полосы ветра и равнины в северных и северо-западных регионах.
«Это подчеркивает тот факт, что атмосфера и ветры Плутона - даже если плотность атмосферы очень мала - могут воздействовать на поверхность», - сказал Танги Бертран, ученый-астрофизик и планетолог из Исследовательского центра Эймса в Калифорнии и ведущий автор исследования.
Область Sputnik Planitia, или левая доля сердца Плутона, находится на более низком уровне, чем остальная часть планеты, и в ней содержится большая часть азота. Спутник Planitia представляет собой 1000-километровый (620-мильный) ледяной щит, расположенный в глубине 3-километрового (1,9-мильного) бассейна. Правая доля в основном горная местность и азотные ледники.
«До New Horizons все думали, что Плутон станет нетболом - абсолютно плоским, почти без разнообразия», - сказал Бертран в пресс-релизе. «Но это совершенно другое. Здесь много разных ландшафтов, и мы пытаемся понять, что там происходит ».
Описывать атмосферу Плутона как тонкую - преуменьшение. Это примерно в 100 000 раз тоньше, чем у Земли. Так как ветер в атмосфере, которая тонко формирует ландшафт?
Команда Бертрана взяла данные с пролета Плутона в Нью-Горизонтах, а затем построила модель прогноза погоды для имитации азотных ветров.
Команда обнаружила, что ветры выше 4 км (2,5 мили) дуют на запад, который находится в противоположном направлении вращения Плутона. Когда замерзший азот в Tombaugh Regio сублимируется в пар на севере, а затем на юге снова превращается в лед, это движение вызывает западные ветры. Эта ситуация, вероятно, уникальна в нашей Солнечной системе, за исключением, возможно, Тритона, луны Нептуна.
Исследователи также нашли другой ветровой поток. Это сильный, быстро движущийся ветер близко к поверхности. Это дует вдоль западного края бассейна Sputnik Planitia. На Земле есть похожие ветровые рисунки, которые повторяют контуры ландшафта.
Согласно исследованию, ветер стимулируется конденсацией паров азота обратно в лед. Высотные скалы спутника Planitia задерживают холодный воздух внутри бассейна. Когда он циркулирует там, он становится сильнее.
Если азартное сердцебиение Плутона движет этими ветрами, они могут объяснить полосы ветра и темные равнины к западу от Sputnik Planitia. Если ветер приносит достаточно тепла, чтобы нагреть поверхность, это может привести к появлению полос и равнин. Или это может отложить частицы тумана, которые могут затемнить и разрушить лед. И если ветер дул в противоположном направлении, то есть в том же направлении, что и вращение Плутона, ландшафты могли бы быть совсем другими.
«Спутник Planitia может быть так же важен для климата Плутона, как океан для климата Земли», - сказал Бертран. «Если вы удалите Sputnik Planitia - если вы удалите сердце Плутона - у вас не будет такого же обращения», добавил он.
Самая «известная особенность» Плутона - это, вероятно, рельефная местность. Лезвие представляет собой поля размером с небоскреб, зазубренные формы земли, сделанные в основном из метанового льда. Они найдены на больших высотах возле экватора. Могли ли они быть артефактом биения азотного сердца Плутона?
В своей статье исследователи говорят: «… в периоды экваториального накопления льда CH4 (метана), ретро-вращение и впрыск холодного воздуха, обогащенного N2, из Sputnik Planitia могут транспортировать и толкать газообразный CH4 на запад, так что это благоприятствует накопление льда CH4 на самых западных долготах (то есть к востоку от Sputnik Planitia), приводящее к образованию там Лезвистой местности ».
Они также говорят, что «... гребни (« лопасти ») отложений в блейд-рельефе имеют доминирующую ориентацию N-S, которая также может частично возникать из-за этого специфического режима циркуляции атмосферы».
На данный момент кажется неуверенным, могут ли эти азотные ветры стать причиной затопленной местности. Но команда намерена попытаться это выяснить. «В будущем мы планируем дополнительно изучить эти идеи и исследовать процессы, ведущие к этим продольным асимметрам и своеобразным геологическим образованиям, с помощью долгосрочного моделирования GCM с высоким разрешением».
В своем заключении авторы говорят: «Наша работа подтверждает, что, несмотря на замерзшую поверхность и слабую атмосферу, климат Плутона удивительно активен». Гораздо активнее, чем кто-либо мог подумать.
New Horizons не смог выйти на орбиту вокруг Плутона. Это трудно сделать, и это никогда не было его миссией. НАСА рассматривает возможность использования орбитального спутника Плутона в будущем, но в то же время все, что мы узнали о ледяной карликовой планете, мы узнали за один полет. Тем не менее, мы узнали достаточно, чтобы заинтриговаться и захотеть узнать больше об этом увлекательном, загадочном мире.
«У Плутона есть загадка для всех», - сказал Бертран.
Больше:
- Пресс-релиз: ледяное сердце Плуто заставляет ветер дуть
- Исследовательский документ: Бьющееся сердце Плутона регулирует атмосферную циркуляцию 2: результаты высокого разрешения и 3 многолетних численных климатических моделирования
- Космический журнал: НАСА сейчас рассматривает полет на орбиту Плутона
