Valse kleurenafbeelding van Pluto. (NASA/JHUAPL/SwRI) We kunnen NASA's New Horizons-ruimtevaartuig bedanken voor het openen van onze ogen voor de complexiteit van Pluto. Op 14 juli 2015 kwam het ruimtevaartuig binnen 12.500 km (7.800 mijl) van de dwergplaneet. Tijdens de vlucht kon New Horizons de atmosfeer en het oppervlak van Pluto karakteriseren.
Een van de dingen die New Horizons zag, was een gebied met besneeuwde bergen.
Hier op aarde, hoe hoger je komt, hoe kouder het wordt, wat onze met sneeuw bedekte bergen verklaart.
Maar op Pluto is er een temperatuurinversie, wat betekent dat het het omgekeerde van de aarde is: hoe hoger je komt, hoe warmer het wordt.
Het komt door zonnestraling. De gemiddelde atmosferische temperatuur op hoogte is tientallen graden hoger dan het oppervlak.
Dus waarom is er vorst?
Een team van onderzoekers, geleid door leden van het CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, of Frans Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek), pakte de vraag aan in een nieuwe studie.
De titel is ' Equatoriaal gebergte op Pluto is bedekt met methaanvorst als gevolg van een uniek atmosferisch proces. ' De hoofdauteur is Tanguy Bertand, die momenteel een NASA Postdoctoral Fellow is bij het NASA Ames Research Center. De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .
New Horizons vond sneeuw op Pigafetta Montes en Elcano Montes, gelegen in Pluto's Cthulhu Macula gebied op de evenaar van de planeet.
(Tanguy Bertand) et al., Nature Communications, 2020)
Linksboven: Pluto's met vorst bedekte ruggen, Pigafetta en Elcano Montes, gezien in een verbeterde RALPH/MVIC-kleurenafbeelding. Rechts: Besneeuwde bergen op aarde, in de Alpen.
Pluto's sneeuw is niet zoals de sneeuw van de aarde; het is bevroren methaan, geen bevroren water.
Maar Pluto is een ijskoude wereld met een ijle atmosfeer, en er is een geringe hoeveelheid methaan in zijn zeer dunne atmosfeer. Hoe is het ontstaan als sneeuw op de toppen van bergen?
Op aarde neemt de temperatuur af met de hoogte als gevolg van: adiabatische koeling . Terwijl lucht langs de helling van een berg omhoog beweegt, zet het uit, wat leidt tot afkoeling.
Het omgekeerde is waar als de lucht daalt: de lucht wordt warmer. Wanneer vochtige lucht opstijgt, en wanneer deze voldoende afkoelt, condenseert deze en valt als sneeuw. Het is een goed begrepen fenomeen hier op aarde, maar het kan de sneeuw van Pluto niet verklaren.
Het team gebruikte een klimaatmodel om erachter te komen hoe de methaansneeuw op de bergen viel. Pluto's dunne atmosfeer bestaat voornamelijk uit stikstof, met sporen van methaan en koolmonoxide. Met slechts sporen van methaan is het moeilijk om al die sneeuw te verklaren.
Door met het klimaatmodel te werken, stelden de onderzoekers vast dat de dynamiek van Pluto's atmosfeer het methaan op grotere hoogte concentreert. Alleen op de toppen van de bergen is er genoeg methaan om sneeuw te vormen. Op lagere hoogten is er simpelweg niet genoeg methaan.
Omdat Pluto geen dikke, isolerende atmosfeer heeft zoals de aarde, is de dwergplaneet op grotere hoogten warmer door zonnestraling, omdat de warmte wordt geabsorbeerd door het methaan in de atmosfeer.
Dit geldt voor de eerste paar kilometer hoogteverschil. Dat proces van warmteopname door methaan vindt niet plaats in gebieden met stikstofijs aan het oppervlak, omdat het de eerste paar kilometer hoogte in de atmosfeer kan sublimeren en afkoelen.
De atmosfeer van Pluto is te dun om het oppervlak van de planeet te verwarmen, dus als er geen bevroren stikstof op het oppervlak is, is er een 'lokale stralingsbalans'. Die balans is onafhankelijk van de hoogte en het is kouder dan de atmosfeer erboven.
Als gevolg hiervan wordt de lucht nabij het oppervlak gekoeld, wordt dichter en wil de hele tijd naar beneden stromen. Klimaatsimulaties van andere onderzoekers laten zien dat dit mechanisme overal op Pluto aanwezig is, en op elk moment van de dag.
Het resultaat is dat Pluto wordt gedomineerd door neerwaartse winden. Daarom is de sneeuwvorming zo raadselachtig. Het is totaal anders dan de aarde, waar de lucht afkoelt als hij stijgt en zijn vocht als sneeuw op de bergen afzet.
Het team van onderzoekers ontdekte dat de atmosfeer van Pluto zo circuleert dat methaan zich op grotere hoogten concentreert. Die circulatie is seizoensgebonden en wordt aangedreven door sublimatie aan de oppervlakte.
De auteurs noemen dit 'sublimatie-geïnduceerde circulatiecellen'. Naarmate het methaan meer geconcentreerd wordt, bereikt het een verzadigingspunt en valt het als sneeuw op het oppervlak van de bergen.
Er is ook een feedbacklus bij betrokken. Aangezien methaansneeuw zich op de bergen vormt, verhoogt het het albedo, wat leidt tot meer afkoeling. Met meer koeling komt meer methaansneeuw.
'Over het algemeen lijkt de vorming van CH4-ijs op de top van Pluto's bergen te worden aangedreven door een proces dat totaal verschilt van het proces dat volgens ons model met sneeuw bedekte bergen op aarde vormt', schrijft het team in de conclusie van hun artikel.
'Het is opmerkelijk dat twee fenomenen en twee materialen die zo verschillend zijn, hetzelfde landschap kunnen produceren bij een vergelijkbare resolutie.'
Dit is nog maar een voorbeeld van Pluto's complexiteit. Voorafgaand aan de New Horizons-flyby van de dwergplaneet, hadden we geen idee dat het oppervlak, de atmosfeer en het klimaat zo complex waren. Wetenschappers zijn nog steeds bezig met alle gegevens van de missie, dus wie weet wat er nog te ontdekken valt.
Er is ook sprake van een andere missie. New Horizons voerde alleen een vlucht langs de ijsdwerg uit, dus de beste gegevens zijn beperkt tot één kant van de verre wereld.
Planetaire wetenschapper Alan Stern was de hoofdonderzoeker van de New Horizons-missie en hij denkt dat orbiter missie naar Pluto is de volgende stap. Een lander zou ook deel kunnen uitmaken van die missie.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door Universum vandaag . Lees de origineel artikel .