Úchvatné vrstvy modrého oparu v atmosféře Pluta, které zachytila sonda NASA New Horizons. Obrázek: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Andrew A. Cole, University of Tasmania
Zlověstné varování – „zima se blíží“, zpopularizované fantasy seriálem „Hra o trůny“ – platí stejně dobře i pro Pluto.
Podle výzkumu, který bude publikován v časopise Astronomy & Astrophysics, se zdá, že slabá atmosféra trpasličí planety je na pokraji ohromujícího kolapsu v důsledku změny ročních období a blížícího se ochlazení.
Pluto bylo objeveno v roce 1930 a teprve kolem roku 1980 začali astronomové tušit, že by mohlo mít atmosféru. Tato atmosféra byla předběžně objevena v roce 1985 a plně potvrzena nezávislými pozorováními v roce 1988.
V té době astronomové nemohli vědět, jaké dramatické změny tenkou obálku malého světa z dusíku, metanu a uhlovodíků čekají.
Kosmická náhoda
Kosmickou shodou okolností došlo v posledních desetiletích 20. století a prvních desetiletích 21. století také ke šťastnému souběhu Země, Pluta a hustých hvězdných polí vzdáleného středu Mléčné dráhy.
Tato animace kombinuje různá pozorování Pluta v průběhu několika desetiletí. Obrázek prostřednictvím NASA.
Tato shoda znamená, že Pluto poměrně často prochází mezi námi a hvězdou v pozadí. Když se tak stane, dopadne jeho stín na Zemi, což astronomové označují jako zákryt.
Během zákrytu může každá observatoř, která se náhodou nachází v dráze stínu, pozorovat, jak hvězda zdánlivě mizí, když před ní Pluto přechází, a pak se znovu objevuje, jak se mění uspořádání planet. Na daném místě zemského povrchu trvá zákryt Pluta maximálně několik minut.
Technika zákrytů se hojně využívá ke studiu oběžných drah, prstenců, měsíců, tvarů a atmosfér světů vnější sluneční soustavy, včetně planetek, komet, planet a trpasličích planet.
Srovnáním toho, co pozorovatelé vidí na různých místech Země, lze určit velikost a tvar zákrytového světa. Pokud má objekt atmosféru, pak se na několik krátkých sekund, kdy světlo hvězdy zhasne a pak se opět rozsvítí, může světlo hvězdy změnit absorpcí a lomem při průchodu atmosférou planety.
Od prvních úspěšných zákrytových měření v 80. letech 20. století se díky řadě pozorování daří stále přesněji určovat poloměr Pluta a také neustále zpřesňovat naše znalosti o teplotě a tlaku jeho atmosféry.
Dlouhá oběžná dráha a roční období
Podobně jako Země má i Pluto sezónní cyklus způsobený sklonem jeho pólů k rovině jeho oběžné dráhy. V průběhu dlouhého roku Pluta – což odpovídá 248 pozemským rokům – je nejprve severní a poté jižní pól nakloněn ke vzdálenému Slunci.
Kresba sluneční soustavy ukazuje nakloněnou dráhu Pluta, která je navíc více eliptická než dráhy planet. Obrázek prostřednictvím NASA (upraveno).
Na rozdíl od Země je však Plutova dráha protažena do extrémně eliptického tvaru. Jeho dráha je tak protáhlá, že se jeho vzdálenost od Slunce pohybuje v rozmezí 4,4 až 7,4 miliardy kilometrů (30 až 50krát větší než vzdálenost Země-Slunce).
Naproti tomu vzdálenost Země od Slunce se během roku mění pouze o 3,4 procenta. Atmosféra Pluta byla objevena těsně před jeho největším přiblížením ke Slunci, ke kterému došlo v roce 1989.
Od roku 1989 se Pluto od Slunce vzdaluje. V souladu s tím klesá i jeho teplota.
Pod tlakem
V době, kdy se Pluto začalo vzdalovat od Slunce, astronomové očekávali, že to způsobí pokles jeho atmosférického tlaku, podobně jako se snižuje tlak v automobilové pneumatice při chladném počasí a zvyšuje v horku. Pozorování z let 1988-2016 naopak ukázala stálý nárůst atmosférického tlaku.
Těsně před příletem sondy NASA New Horizons v roce 2015 bylo zákrytovými měřeními zjištěno, že atmosférický tlak na Plutu se od roku 1988 ztrojnásobil (ekvivalentem na Zemi by bylo srovnání tlaku na vrcholu Mount Everestu s tlakem na úrovni hladiny moře).
Co je příčinou tohoto rozdílu? Jakékoli úvahy o tom, že by zákrytová měření byla chybná, zažehnal radiový vědecký experiment (REX) na palubě sondy New Horizons, který vrátil přímá měření ve shodě s pozemskými pozorovateli.
Nový výzkum tuto záhadu vyřešil pomocí sezónního modelu transportu plynu a ledu kolem povrchu planety.
Přestože se Pluto každým rokem vzdaluje od Slunce, jeho severní pól je v této části oběžné dráhy neustále osvětlován Sluncem, což způsobuje, že se jeho dusíková ledová čepička vrací do plynné fáze.
To vysvětluje rychlý nárůst atmosférického tlaku v posledních třech desetiletích.
Modelování klimatu však ukazuje, že tento trend nebude pokračovat.
Zamrzlé kaňony severního pólu Pluta zachycené sondou NASA New Horizons. Obrázek: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Zima se opravdu blíží
Pluto se bude až do roku 2113 stále vzdalovat od Slunce a slabé sluneční světlo nebude stačit na podobné ohřívání jižních polárních oblastí.
Předpokládá se, že během dlouhého severního podzimu a zimy se atmosféra Pluta zhroutí a bude na povrchu namrzat jako led na čelním skle auta za jasné a chladné zimní noci.
Předpokládá se, že v době nejnižšího odlivu bude mít atmosféra méně než pět procent současného tlaku. Kombinace těsného přiblížení Pluta ke Slunci a jara na severní polokouli se bude opakovat až v roce 2237.
Do té doby bude mít zásadní význam testovat naše chápání modelů planetární atmosféry v podmínkách extrémně nízké teploty a nízkého tlaku prostřednictvím pokračujících zákrytových měření.
Tyto příležitosti však budou stále méně časté s tím, jak se dráha Pluta bude zdánlivě vzdalovat od hustých hvězdných polí galaktického centra, které nám pomohly tato pozorování uskutečnit.
Andrew A. Cole, Senior Lecturer in Astrophysics, University of Tasmania
Tento článek byl přetištěn z The Conversation pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.
Dolní řádek: Astrofyzik vysvětluje, proč Pluto ztrácí svou atmosféru.
Členové komunity EarthSky – včetně vědců, stejně jako vědeckých a přírodovědných spisovatelů z celého světa – zvažují, co je pro ně důležité. Foto: Robert Spurlock.
.