Forår om Pluto:En analyse over 30 år

Når den passerer foran en stjerne, Pluto giver værdifuld information om dens atmosfære, dyrebare, fordi okkultationer af Pluto er sjældne. Undersøgelsen, der er opnået af forskere fra Paris Observatory gennem flere årtiers observationer, vises i tidsskriftet Astronomi og astrofysik af 10. maj, 2019. Fortolket i lyset af data indsamlet i 2015 af sonden New Horizons, det giver dem mulighed for at forfine fysiske parametre, der er afgørende for en bedre forståelse af Plutos klima og for at forudsige fremtidige stjerneokkultationer af dværgplaneten.

Ligesom Jorden, Plutos atmosfære er i det væsentlige sammensat af nitrogen, men sammenligningen stopper der.

Ud over Neptun, Det tager Pluto 248 år at lave en komplet revolution omkring solen. I løbet af et plutonsk år, dens afstand til solen varierer meget fra 30 til 50 au, fører til ekstreme sæsonbestemte cyklusser.

Med ekstremt lave overfladetemperaturer, mindre end -230 °C (40 °K), der er en fast-gas ligevægt, hvor en spinkel atmosfære af i det væsentlige nitrogen sameksisterer med overfladeisaflejringer. I dag, kvælstofdampen skønnes at være stabiliseret ved et tryk omkring 1,3 pascal (hvorimod trykket er omkring 100.000 Pa på vores planet).

På grund af dens skævhed (vinklen dannet mellem polaraksen og kredsløbsplanet) ved 120 grader, Plutos poler står over for en permanent dag i flere årtier, derefter en permanent nat. Dette fører til en kompleks cyklus af omfordeling af dets flygtige arter såsom nitrogen, metan og kulilte. Således havde Pluto sin jævndøgn i 1988, før han flyttede til perihelion (ved 30 au) i 1989. Siden da, dværgplaneten har konstant bevæget sig væk fra solen for at nå 32 ua i 2016, hvilket repræsenterer et tab på 25 procent af hans gennemsnitlige solstråling.

Naivt, et kraftigt fald i atmosfærisk tryk kunne forventes. Faktisk, gas-is-balancen af ​​nitrogen pålægger, at for hver grad Kelvin tabt ved overfladen, trykket skal falde med en faktor to.

Men det stik modsatte sker. Beviset er leveret af artiklen, der udkom i A&A af 10. maj, 2019, og som analyserer et dusin af stjerneokkultationer observeret i næsten 30 år, i løbet af foråret på den nordlige halvkugle af Pluto:det atmosfæriske tryk stiger med en faktor på tre mellem 1988 og 2016.

Dette paradoksale scenario blev allerede overvejet af Plutos globale klimamodeller (GCM) siden 1990'erne, men uden sikkerhed, som et scenarie blandt mange andre. Flere vigtige parametre i modellen forblev tilbage at være begrænset af observationer.

Disse observationer af stjerneokkultationer fra Jorden, kombineret med data indsamlet under NASA New Horizons' Pluto forbiflyvning i juli 2015, tillade nu at skrive et meget mere præcist scenario.

New Horizons kortlagde fordelingen og topografien af ​​is på overfladen af ​​dværgplaneten, afslører en enorm lavning på mere end 1000 km i diameter og 4 km dyb, beliggende nær ækvator mellem breddegrader 25 ° S og 50 ° N, og kaldte Sputnik Planitia. Denne depression låser en del af det tilgængelige nitrogen i atmosfæren, danner en gigantisk gletsjer, som er det sande "hjerte" i klimaet på dværgplaneten, da det regulerer den atmosfæriske cirkulation via sublimering af nitrogenet.

Ud over, stjerneokkultationer gør det muligt at begrænse undergrundens termiske inerti af modellen, forklarer det 30-årige faseskift mellem overgangen til perihelion (1989) og den vækst i tryk, der stadig observeres i dag (fig. 1). Undergrunden har lagret varmen og genopretter den gradvist. Okkultationer begrænser også den del af solenergi, der returneres til rummet (bond albedo) af nitrogenis og dens emissivitet.

Endelig, disse observationer eliminerer muligheden for tilstedeværelsen af ​​et reservoir af nitrogen på den sydlige halvkugle (i øjeblikket i en permanent nat), hvilket ville frembringe et maksimum af tryk meget tidligere end det observerede (magenta kurve i fig. 1).

Denne undersøgelse er en flot illustration af komplementaritet mellem jordbaserede observationer og rumobservationer. Uden New Horizons flyver forbi, isfordeling og topografi ville forblive ukendt, og uden langsigtet overvågning af atmosfæren, Plutos klimamodeller kunne ikke begrænses.

Forudsigelse af fremtidige okkultationer

Endelig, okkultationerne giver også 19 Plutos positioner mellem 1988 og 2016, med en uovertruffen præcision på nogle få milliarcsec (mas) på himlen. Sådan en præcision, muligt takket være Data Release 2 fra den europæiske Gaia-mission, giver forfatterne mulighed for at beregne en ephemeris af Pluto med denne tilsvarende præcision i det næste årti.

Dermed, det vil være muligt at observere andre okkultationer fra Pluto og at overvåge dens klima... De teoretiske modeller indikerer, at Plutos atmosfære i øjeblikket er tæt på sin maksimale udvidelse. Fremtidige observationer kan bekræfte eller afkræfte denne forudsigelse. Skal vi snart se begyndelsen på dette langsomme fald, som burde reducere Plutos atmosfæriske tryk med en faktor tyve til sidst, og dække dens overflade med et tyndt lag blank "hvid frost?"