SOFIA finder spor gemt i Plutos-dis

Da New Horizons-rumfartøjet passerede Pluto i 2015, et af de mange fascinerende træk, dets billeder afslørede, var, at denne lille, den kolde verden i det fjerne solsystem har en diset atmosfære. Nu, nye data hjælper med at forklare, hvordan Plutos dis dannes ud fra Solens svage lys 3,7 milliarder miles væk, mens den bevæger sig gennem en usædvanlig bane.

Fjernobservationer af Pluto ved NASAs teleskop på et fly, Stratosfærisk Observatorium for Infrarød Astronomi, eller SOFIA, viser, at den tynde dis, der omslutter Pluto, er lavet af meget små partikler, der forbliver i atmosfæren i længere tid ad gangen i stedet for straks at falde til overfladen. SOFIAs data tydeliggør, at disse tågepartikler aktivt genopbygges - en opdagelse, der reviderer forudsigelserne om skæbnen for Plutos atmosfære, når den bevæger sig ind i endnu koldere områder af rummet på sin 248-jordårige bane omkring Solen. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Icarus.

"Pluto er et mystisk objekt, der konstant overrasker os, " sagde Michael Person, hovedforfatteren af ​​papiret og direktør for Massachusetts Institute of Technologys Wallace Astrophysical Observatory. "Der havde været antydninger i tidligere fjernobservationer om, at der kunne være dis, men der var ikke stærke beviser for at bekræfte, at det virkelig eksisterede, før dataene kom fra SOFIA. Nu stiller vi spørgsmålstegn ved, om Plutos atmosfære kommer til at kollapse i de kommende år - den kan være mere modstandsdygtig, end vi troede."

SOFIA studerede Pluto kun to uger før New Horizons forbiflyvning i juli 2015. Den modificerede Boeing 747 fløj over Stillehavet og rettede sit næsten 9-fods teleskop mod Pluto under en okkultation, en formørkelseslignende begivenhed, hvor Pluto kastede en svag skygge på Jordens overflade, da den passerede foran en fjern stjerne.

SOFIA observerede de midterste lag af Plutos atmosfære i de infrarøde og synlige lysbølgelængder, og kort efter, New Horizons-rumfartøjet undersøgte dets øvre og nedre lag ved hjælp af radiobølger og ultraviolet lys. Disse kombinerede observationer, taget så tæt på i tiden, har givet det hidtil mest komplette billede af Plutos atmosfære.

Blå, Diset atmosfære

Skabt som overfladeis fordamper under det fjerne lys fra Solen, Plutos atmosfære er overvejende nitrogengas, sammen med små mængder metan og kulilte. Uklarhedspartikler dannes højt oppe i atmosfæren, mere end 20 miles over overfladen, da metan og andre gasser reagerer på sollys, inden det langsomt regner ned til den iskolde overflade.

New Horizons fandt bevis på disse partikler, da det sendte billeder tilbage, der viste en blåfarvet dis til Plutos atmosfære. Nu, SOFIAs data udfylder endnu flere detaljer ved at opdage, at partiklerne er ekstremt små, kun 0,06-0,10 mikron tyk, eller omkring 1, 000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. På grund af deres lille størrelse, de spreder blåt lys mere end andre farver, når de driver mod overfladen, skabe den blå farvetone.

Med denne nye indsigt, videnskabsmænd revurderer deres forudsigelser om skæbnen for Plutos atmosfære. Mange prognoser indikerede, at da dværgplaneterne bevægede sig væk fra Solen, mindre overfladeis ville blive fordampet - hvilket ville skabe færre atmosfæriske gasser, mens tabene til rummet fortsatte - hvilket til sidst førte til atmosfærisk kollaps. Men i stedet for at kollapse, atmosfæren ser ud til at ændre sig på et kortere cyklisk mønster.

Ved at anvende det, de lærte af SOFIA, til at genanalysere tidligere observationer, herunder fra SOFIAs forgænger Kuiper Airborne Observatory, viser, at disen tykner og derefter falmer i en cyklus, der varer blot et par år. Dette indikerer, at de små partikler bliver skabt relativt hurtigt. Forskerne foreslår, at Plutos usædvanlige kredsløb driver ændringerne i disen og derfor kan være vigtigere til at regulere dens atmosfære end dens afstand fra Solen.

Pluto kredser om Solen i en lang, oval form, kaldet en elliptisk bane, og i en vinkel, kaldet en skrå bane. Den roterer også på siden. Dette får nogle områder af dværgplaneten til at blive udsat for mere sollys på forskellige punkter i kredsløbet. Når isrige områder udsættes for sollys, atmosfæren kan udvide sig og skabe flere tågepartikler, men da disse områder modtager mindre sollys, det kan krympe og blive tydeligere. Denne cyklus er fortsat, selvom Plutos afstand fra Solen er steget, selvom det ikke er klart, om dette mønster vil fortsætte.

"Der er stadig meget, vi ikke forstår, men vi er nu tvunget til at genoverveje tidligere forudsigelser, " sagde Person. "Plutos atmosfære kan kollapse langsommere end tidligere forudsagt, eller måske slet ikke. Vi er nødt til at blive ved med at overvåge det for at finde ud af det."

Jagter Plutos skygge

SOFIA var unikt positioneret til at studere Pluto på afstand ved at udnytte et sjældent øjeblik, hvor Pluto passerede foran en fjern stjerne, kaster en svag skygge hen over jordens overflade. Et øjeblik oplyst af stjernen, Plutos atmosfære kunne analyseres.

Rejser ved 53, 000 miles i timen, Plutos skygge forventedes at dukke op i korte to minutter over Stillehavet nær New Zealand. SOFIA lagde sin kurs til at opsnappe, men to timer før okkultationen placerede en opdateret forudsigelse skyggen 200 miles mod nord.

"At fange den skygge krævede en smule kamp. SOFIA har fordelen af ​​at være mobil, men den reviderede flyveplan skulle godkendes af flyvekontrol, " sagde William Reach, SOFIAs associerede direktør for videnskabsdrift. "Der var et par spændte øjeblikke, men holdet arbejdede sammen, og vi fik tilladelse. Vi nåede Plutos skygge på præcis det rigtige tidspunkt og var meget glade for at have klaret det!"

Fjernobservationer som disse gør det muligt for videnskabsmænd at overvåge planetariske kroppe mellem rumfartøjer, der flyver forbi, som ofte kan adskilles med mange år. Aftalen mellem de data, der er indsamlet eksternt af SOFIA, og fra New Horizons' tætte forbiflyvning understøtter, at okkultationsobservationer fra Jorden kan levere data af høj kvalitet mellem rumfartøjsmissioner.