|
Охлаждающий эффект дымки на Плутоне
|
|
|
|
Первые наблюдения за Плутоном с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST) выявили драматические явления на его поверхности, такие как сезонные циклы перераспределения летучих льдов по всей поверхности и вытягивание материала из самой атмосферы на его главный спутник Харон — жуткое взаимодействие, которое больше нигде в нашей Солнечной системе не происходит.
|
|
|
|
Эти экзотические условия подробно описаны в серии исследований, опубликованных этой весной международной группой исследователей. Но хотя изображение молекул из атмосферы одного земного шара, дрейфующих в космосе и оседающих на северном и южном полюсах своего небесного спутника, кажется странным, один из исследователей Калифорнийского университета в Санта-Крузе улыбается.
|
|
|
|
Самая последняя статья, опубликованная в журнале Nature Astronomy 2 июня, подтверждает гипотезы, впервые выдвинутые Си Чжаном из Калифорнийского университета в Санта-Крузе об атмосфере Плутона, основанные на историческом пролете космического аппарата НАСА New Horizons в 2015 году, который позволил исследователям поближе рассмотреть любопытный шар на краю Солнечной системы. Менее чем за десять лет до этого давний статус Плутона как полноценной планеты был понижен до "карликовой планеты" из-за различных космических критериев, которым он не соответствовал.
|
|
|
|
|
|
|
В 2017 году Чжан опубликовал статью, в которой выдвинул гипотезу о том, что в атмосфере Плутона преобладают частицы дымки, что полностью отличает его от других атмосфер Солнечной системы. Чжан, профессор наук о Земле и планетах, предположил, что эти частицы дымки нагреваются и остывают, контролируя весь энергетический баланс в атмосфере Плутона.
|
|
|
|
"Это была безумная идея", - сказал Чжан, добавив, что многие его коллеги в то время выражали скептицизм. Но он и его соавторы также сделали четкий прогноз в своей статье 2017 года: если дымка охлаждает Плутон, он должен испускать сильное излучение в среднем инфракрасном диапазоне, и это должно быть заметно, как только астрономы получат в распоряжение достаточно большой и мощный телескоп.
|
|
|
|
Этот момент наступил на Рождество 2021 года, когда НАСА запустило JWST в космос, чтобы обеспечить наблюдения, которые намного превзошли бы те, которые были сделаны его наземными предшественниками за последние несколько десятилетий. Чжан сказал, что текущее исследование JWST было основано на его гипотезе, выдвинутой в 2017 году. "Мы были по-настоящему горды, потому что это подтвердило наше предсказание", - сказал он. "В науке о планетах редко бывает, чтобы гипотеза подтверждалась так быстро, всего за несколько лет. Так что мы чувствуем себя счастливчиками и очень взволнованы".
|
|
Туманные условия
|
|
|
|
Облет Плутона в 2015 году показал мир с удивительными ландшафтами, отмеченными сложным рельефом — бассейнами, горами и долинами, продолжающейся геологической активностью, такой как азотные и метановые ледники, и богатой химическими веществами атмосферой, содержащей летучие соединения, такие как монооксид углерода. Туманная атмосфера Плутона образовалась в результате фотохимического взаимодействия метана и азота, подобно туману вокруг спутника Сатурна Титана.
|
|
|
|
В отличие от этого, у Харона, как было показано, отсутствует атмосфера, а поверхность более однородна, на ней преобладает водяной лед, смешанный с соединениями на основе аммиака. Считается, что его темные, красноватые полярные области являются результатом захвата и химической трансформации молекул, выходящих из атмосферы Плутона.
|
|
|
|
Недавние наблюдения с помощью JWST позволяют по-новому взглянуть на эту удаленную систему. Как сообщалось в серии статей, опубликованных этой весной, впервые прибор телескопа MIRI позволил провести отдельные измерения теплового излучения Плутона и Харона в среднем инфракрасном диапазоне в виде кривых блеска на 18, 21 и 25 мкм.
|
|
|
|
Затем, в мае 2023 года, прибор сделал высококачественный снимок Плутона и его атмосферы в среднем инфракрасном диапазоне (4,9-27 мкм). Этот спектральный диапазон, ранее не изученный из-за недостаточной чувствительности более ранних приборов, выявил неожиданное химическое богатство, которое привело к лучшему пониманию атмосферных процессов и происхождения льдов Плутона.
|
|
|
|
Кривые блеска JWST также выявили изменения в тепловом излучении поверхности Плутона и Харона во время их вращения. Сравнив эти данные с тепловыми моделями, исследователи смогли установить строгие ограничения на тепловую инерцию, излучательную способность и температуру различных областей Плутона и Харона. Именно эти свойства определяют глобальное распределение льда на Плутоне и массовый отток атмосферных молекул на Харон.
|
|
|
|
Новые данные JWST также подтвердили второе предсказание, сделанное бывшим аспирантом Чжана Линьфэн Ваном, еще одним соавтором статьи Nature Astronomy. Новые наблюдения хорошо согласуются с центральным прогнозом, сделанным в их исследовании амплитуды кривой блеска Харона, проведенном в 2023 году.
|
|
|
|
"Плутон находится в действительно уникальном месте с точки зрения того, как ведут себя атмосферы планет. Таким образом, это дает нам возможность расширить наше понимание того, как дымка ведет себя в экстремальных условиях", - пояснил Чжан. "И дело не только в Плутоне — мы знаем, что Тритон, спутник Нептуна, и Титан, спутник Сатурна, также имеют схожие атмосферы из азота и углеводородов, наполненные частицами тумана. Поэтому нам также нужно переосмыслить их роль".
|
|
|
|
И, добавил Чжан, существует еще более глубокая связь. "До того, как в атмосфере Земли появился кислород, около 2,4 миллиарда лет назад, жизнь уже существовала. Но тогда атмосфера Земли была совершенно другой — в ней отсутствовал кислород, в основном азот, и было много углеводородного состава", - сказал он. "Таким образом, изучая дымку и химический состав Плутона, мы могли бы получить новое представление об условиях, которые сделали Землю пригодной для жизни на ранней стадии".
|
|
|
|
Для статьи в Nature Astronomy Чжан и его бывший аспирант Линьфэн Ван внесли свой вклад в теоретическое моделирование для интерпретации данных JWST, расчета тепловых спектров и переоценки скорости охлаждения атмосферы Плутона. Командой, создавшей серию работ, руководили исследователи из Лаборатории приборостроения и исследований в области астрофизики Парижской обсерватории и Университета Реймса в Шампани-Арденнах.
|
|
|
|
Источник
|
