4 Minuten
Plutono atmosferos supratimo revoliucija
Kai NASA „New Horizons“ zondas 2015 m. atliko istorinį skrydį pro Plutoną ir Charoną, mūsų žinios apie šiuos tolimus ir paslaptingus pasaulius išsiplėtė kaip niekada anksčiau. Ši misija pateikė ne tik nepaprastai detalių nuotraukų bei duomenų apie sudėtingus geologinius kraštovaizdžius, bet ir atskleidė netikėtai dinamišką Plutono atmosferą. O pastarieji stebėjimai panaudojus James Webb kosminį teleskopą (JWST) atvėrė beprecedentes įžvalgas, kardinaliai pakeitusias mūsų suvokimą apie šios nykštukinės planetos atmosferinius reiškinius.
Plutono paslaptingų dulkių sluoksnių atskleidimas
2022 ir 2023 metais astronomai pasinaudojo pažangiomis JWST galimybėmis, kad ypač jautriai ištirtų Plutono atmosferą. Daugiausia dėmesio buvo skirta vidutiniam infraraudonųjų spindulių spektrui. Šie tyrimai atskleidė, kad Plutono atmosferos dulkės elgiasi unikaliu būdu – kitaip nei bet kurios kitos Saulės sistemos planetos atmosferoje. Skirtingai nei atmosferose, kuriose šilumos apykaitą daugiausia lemia dujų molekulės, Plutono šiluminis balansas priklauso nuo smulkių dulkių dalelių, sudarytų iš azoto, metano ir anglies monoksido. Šios dalelės sugeria Saulės spinduliuotę, ją išspinduliuoja infraraudonaisiais spinduliais ir nuolat cirkuliuoja P lutono atmosferoje, dalyvaudamos tiek šilumos atidavimo, tiek kaupimosi procesuose.
Šią ypatybę dar 2017 m. nuspėjo planetų mokslininkas dr. Xi Zhang iš Kalifornijos universiteto Santa Kruze, kuris apibūdino šią teoriją kaip „beprotišką mintį“. Jo komanda manė, kad jeigu Plutono dulkės efektyviai vėsina atmosferą, jos turėtų skleisti išskirtinį signalą vidutiniuose infraraudonuosiuose spinduliuose – reiškinį, galintį būti užfiksuotam itin jautriu teleskopu. JWST su pažangiu vidutinių infraraudonųjų spindulių instrumentu MIRI tapo idealiu įrankiu šiai hipotezei patikrinti.
„Buvo labai įdomu stebėti, kaip mūsų teorinės prognozės taip tiksliai atitiko realius duomenis,“ komentavo dr. Zhang. „Planetų moksle tokie greiti teorijos patvirtinimai reti ir jie atveria visiškai naujas galimybes tyrinėti atmosferinius procesus už Žemės ribų.“
Nuo hipotezės prie atradimo
Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama Tanguy Bertrand iš Paryžiaus observatorijos, JWST instrumentus nukreipė į Plutoną ir Charoną – išsamiai tyrė vidutinių infraraudonųjų spindulių diapazoną (nuo 4,9 iki 27 mikronų). Pirmieji 2022 m. stebėjimai apėmė abu kūnus, matuojant radiacinį fluxą tam tikrais bangos ilgiais (18, 21, 25 mikronai). Tai padėjo suprasti bendras atmosferos savybes. 2023 m. dėmesys sutelktas išskirtinai į Plutoną, leidus dar tiksliau nustatyti, kaip dulkės reguliuoja nykštukinės planetos atmosferos temperatūrą.
Infraraudonųjų duomenų ir šiluminių modelių palyginimas leido tiksliai nustatyti pagrindines Plutono savybes: paviršiaus temperatūrą, šiluminę inerciją (t. y. medžiagos atsparumą temperatūros pokyčiams) ir emisiją (paviršiaus gebėjimą išspinduliuoti energiją). Įdomu, jog duomenys parodė subtilius, bet svarbius temperatūros svyravimus per Plutono ir Charono rotacijos ciklus – o tai rodo sudėtingus šilumos mainus tarp šių kūnų.
Ledų migracija Plutone ir Charone
Plutono paviršių ir atmosferą formuoja lakios cheminės medžiagos – azoto, metano bei anglies monoksido ledai. Jų pasiskirstymas keičiasi pagal sezonus: Saulės šviesa skatina ledo sublimaciją ir kondensaciją, todėl šie junginiai lėtai migruoja Plutono paviršiuje. Dalį sublimuoto ledo netgi pagauna Charono gravitacija ir jis nusėda ant šio palydovo, kuris šiaip jau neturi reikšmingos atmosferos, išskyrus galimą trumpalaikį sezoninį išsiskyrimą.
Kitame Saulės sistemos objekte neaptikta tokio masto lakios medžiagos sklaidos tarp dviejų kūnų, todėl Plutonas ir Charonas yra nepaprastai svarbūs planetų mokslininkams tyrimo objektai.
Plutono atmosferos ypatingumas tarp planetų
Bene reikšmingiausias JWST tyrimo atradimas – Plutone energijos balansą pirmiausia lemia dulkių dalelės, o ne dujos, kaip įprasta daugumoje planetų. Dujose, tokiose kaip anglies dioksidas ar azotas, dominuoja šilumos perdavimas ir išsklaidymas. Tačiau Plutone, būtent dulkės – fotocheminių reakcijų tarp azoto ir metano produktas – lemia šiluminę pusiausvyrą.
Tyrėjų komanda pažymi, kad ši žinia ne tik perrašo mūsų žinias apie Plutoną, bet ir padeda geriau suprasti kitų planetų atmosferų evoliuciją. Panašūs procesai galėjo vykti ir ankstyvojoje Žemėje, kurios pradinę atmosferą taip pat sudarė azotas ir angliavandeniliai. Dr. Zhang pabrėžia: „Analizuodami Plutono dulkių chemiją, mes tarsi pažvelgiame į pačias pirmąsias, galimai gyvybei tinkamas Žemės sąlygas.“
Plutono tyrimų reikšmė Titanui ir Tritonui
Plutono atmosferos unikalumas verčia planetų mokslininkus permąstyti dulkių vaidmenį ir kituose pasauliuose. Saturno palydovas Titanas ir Neptūno palydovas Tritonas taip pat turi azotu ir angliavandeniliais turtingas atmosferas, kurias gaubia dulkės. Plutone atrastos dulkių valdomos šiluminės apykaitos ypatybės skatina naujai pažvelgti į šių mėnulių procesus ir rodo, kad būtini platesni stebėjimai bei lyginamieji atmosferų modeliai išoriniame Saulės sistemos regione.
Išvados
James Webb kosminio teleskopo stebėjimai Plutone atvėrė išskirtinį mokslinį laimėjimą: buvo tiesiogiai patvirtinta, kad šiluminį balansą čia lemia ne dujiniai komponentai, o smulkios dulkės. Šis atradimas ne tik nepaprastai greitai patvirtino teorines prognozes, bet ir pakeitė mūsų požiūrį į planetų atmosferų evoliuciją. Lyginant su Titanu ir Tritonu, Plutonas išsiskiria kaip savotiška laboratorija atmosferų chemijos tyrimams atšiauriausiuose Saulės sistemos kampeliuose. Šios išvados dar ilgai skatins tolesnius tyrimus apie planetų atmosferų kilmę ir įvairovę, galbūt padėdamos paaiškinti ir senovinius procesus, nulėmusius ankstyvąją Žemės atmosferą.
Kommentare