De spektakulære lag af blå tåge i Plutos atmosfære, fanget af NASA’s New Horizons-rumfartøj. Billede via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Af Andrew A. Cole, University of Tasmania
Den ildevarslende advarsel – “vinteren er på vej”, som er blevet populær i fantasyserien “Game of Thrones” – gælder lige så godt for Pluto.
Dværgplanetens spinkle atmosfære ser ud til at være på randen af et fantastisk sammenbrud på grund af en ændring i årstiderne og de kommende koldere forhold, ifølge forskning, der vil blive offentliggjort i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.
Det var først omkring 1980, at astronomer begyndte at få mistanke om, at Pluto kunne have en atmosfære, da den blev opdaget i 1930. Denne atmosfære blev foreløbigt opdaget i 1985 og fuldt ud bekræftet af uafhængige observationer i 1988.
På det tidspunkt havde astronomerne ingen mulighed for at vide, hvilke dramatiske forandringer der var i vente for den lille verdens tynde indpakning af kvælstof, metan og kulbrinter.
Et kosmisk sammentræf
Gennem et kosmisk sammentræf var der i de sidste årtier af det 20. århundrede og de første årtier af det 21. århundrede også en heldig tilpasning af Jorden, Pluto og de tætte stjernefelter i det fjerne centrum af Mælkevejen.
Denne animation kombinerer forskellige observationer af Pluto i løbet af flere årtier. Billede via NASA.
Dette sammentræf betyder, at Pluto relativt ofte passerer mellem os og en baggrundsstjerne. Når det sker, falder dens skygge på Jorden, en begivenhed, som astronomer kalder en okkultation.
Under en okkultation kan ethvert observatorium, der tilfældigvis ligger inden for skyggens bane, se stjernen synes at forsvinde, når Pluto passerer foran den, og derefter dukke op igen, når de planetariske justeringer skifter. På et hvilket som helst sted på Jordens overflade varer en Plutobeklædning højst et par minutter.
Teknikken med okkultationer er blevet brugt i vid udstrækning til at studere baner, ringe, måner, former og atmosfærer for verdener i det ydre solsystem, herunder asteroider, kometer, planeter og dværgplaneter.
Gennem at sammenligne, hvad observatører ser på forskellige steder på Jorden, kan man regne størrelsen og formen af den verden, der okkulteres, ud. Hvis objektet har en atmosfære, kan stjernelyset i nogle få korte sekunder, når stjernelyset blinker ud og derefter kommer tilbage, blive ændret ved absorption og brydning, når det passerer gennem planetens atmosfære.
Siden de første vellykkede okkultationsmålinger i 1980’erne har en række observationer etableret stadig mere præcise mål for Plutos radius, ligesom de løbende har skærpet vores forståelse af temperaturen og trykket i dens atmosfære.
Lang bane og årstider
Som Jorden har Pluto en årstidscyklus på grund af polernes hældning i forhold til banens plan. I løbet af Plutos lange år – svarende til 248 jordår – er først nordpolen og derefter sydpolen vinklet mod den fjerne sol.
En tegning af solsystemet viser Plutos skråtstillede bane, som også er mere elliptisk end planeternes. Billede via NASA (modificeret).
Men i modsætning til Jorden er Plutos bane strakt ud i en ekstrem elliptisk form. Dens bane er så langstrakt, at dens afstand til solen varierer fra 4,4 til 7,4 milliarder kilometer (30 til 50 gange så langt som afstanden mellem Jorden og solen).
Men i modsætning hertil varierer Jordens afstand til solen kun med 3,4 procent i løbet af et år. Plutos atmosfære blev opdaget, lige før Pluto nåede sin nærmeste nærhed til solen, hvilket skete i 1989.
Siden 1989 har Pluto trukket sig tilbage fra solen. Temperaturerne har været faldende i overensstemmelse hermed.
Under pres
Da Pluto begyndte at bevæge sig væk fra solen, forventede astronomerne, at dette ville få dens atmosfæriske tryk til at falde, på samme måde som trykket i et bildæk falder ved koldt vejr og stiger ved varme. Observationerne fra 1988-2016 har tværtimod vist en konstant stigning i det atmosfæriske tryk.
Umiddelbart før ankomsten af NASA’s sonde New Horizons i 2015 opdagede man ved okkultmålinger, at det atmosfæriske tryk på Pluto er tredoblet siden 1988 (det tilsvarende på Jorden ville være at sammenligne trykket på toppen af Mount Everest med trykket på havniveau).
Hvad er årsagen til denne uoverensstemmelse? Enhver tanke om, at målingerne af okkultationen var fejlbehæftede, blev forvist af Radio Science Experiment (REX) om bord på New Horizons, som returnerede direkte målinger, der stemte overens med de jordbaserede observatører.
Den nye forskning har løst mysteriet ved hjælp af en sæsonbestemt model for transporten af gas og is omkring planetens overflade.
Selv om Pluto bevæger sig længere væk fra solen hvert år, er dens nordpol konstant solbeskinnet i denne del af dens bane, hvilket får dens kvælstofiskappe til at gå over i gasfasen.
Dette forklarer den hurtige stigning i det atmosfæriske tryk i løbet af de sidste tre årtier.
Men klimamodelleringen viser, at denne tendens ikke vil fortsætte.
De frosne kløfter på Plutos nordpol fanget af NASA’s New Horizons-rumfartøj. Billede via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Vinteren er virkelig på vej
Pluto vil fortsætte med at bevæge sig længere væk fra solen indtil år 2113, og det svage sollys vil ikke være tilstrækkeligt til at opvarme de sydlige polområder på samme måde.
I løbet af det lange nordlige efterår og den lange nordlige vinter forventes Plutos atmosfære at kollapse og fryse ud på overfladen som is på en bilrude på en klar og kold vinternat.
I sin laveste ebbe forventes atmosfæren at have mindre end fem procent af sit nuværende tryk. Kombinationen af Plutos tætte nærhed til solen og foråret på den nordlige halvkugle vil ikke gentage sig før år 2237.
I mellemtiden vil det være af afgørende betydning at teste vores forståelse af planetariske atmosfæremodeller under ekstreme lavtemperatur- og lavtryksforhold ved hjælp af fortsatte okkultationsmålinger.
Men disse muligheder vil blive mindre hyppige, efterhånden som Plutos bane tager sin tilsyneladende position længere væk fra de tætte stjernefelter i det galaktiske centrum, som hjalp os med at foretage observationerne.
Andrew A. Cole, lektor i astrofysik, University of Tasmania
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.
Bottom line: En astrofysiker forklarer, hvorfor Pluto mister sin atmosfære.
Medlemmer af EarthSky-fællesskabet – herunder forskere samt videnskabs- og naturskribenter fra hele verden – giver deres mening til kende om, hvad der er vigtigt for dem. Foto af Robert Spurlock.