Nasa:n New Horizons -avaruusalus kuvasi Pluton ilmakehän sinisen sumun näyttäviä kerroksia. Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
By Andrew A. Cole, University of Tasmania
Fantasiasarjan ”Game of Thrones” popularisoima pahaenteinen varoitus – ”talvi on tulossa” – pätee yhtä lailla Plutoon.
Kääpiöplaneetan hatara ilmakehä näyttää olevan huikean romahduksen partaalla vuodenaikojen vaihtuessa ja kylmempien olosuhteiden lähestyessä, ilmenee Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistavasta tutkimuksesta.
Vuonna 1930 löydetyn Pluton ilmakehä alettiin epäillä tähtitieteilijöiden keskuudessa vasta vuoden 1980 tienoilla. Tuo ilmakehä löydettiin alustavasti vuonna 1985, ja se vahvistettiin täysin riippumattomilla havainnoilla vuonna 1988.
Tähtitieteilijöillä ei tuolloin ollut mitään keinoa tietää, millaisia dramaattisia muutoksia pienen maailman ohuessa typen, metaanin ja hiilivetyjen muodostamassa kuoressa oli odotettavissa.
Kosminen yhteensattuma
Kosmisen sattuman kautta 1900-luvun viimeisinä vuosikymmeninä ja 2000-luvun ensimmäisinä vuosikymmeninä tapahtui myös Maan, Pluton ja Linnunradan kaukaisen keskuksen tiheiden tähtikenttien onnekas yhteensattuma.
Tämässä animaatiossa yhdistyvät erilaiset havainnot Plutosta useiden vuosikymmenten ajalta. Kuva NASAn kautta.
Tämä yhteensattuma tarkoittaa, että Pluto kulkee suhteellisen usein meidän ja taustatähden välistä. Kun näin tapahtuu, sen varjo lankeaa Maan päälle, tapahtumaa, jota tähtitieteilijät kutsuvat peittymiseksi.
Peittymisen aikana mikä tahansa observatorio, joka sattuu sijaitsemaan varjon reitillä, voi seurata, kuinka tähti näyttää katoavan, kun Pluto kulkee sen edestä, ja sitten ilmestyvän uudelleen, kun planeettojen kohdistus muuttuu. Missä tahansa paikassa Maan pinnalla Pluton peittyminen kestää korkeintaan pari minuuttia.
Peittämistekniikkaa on käytetty laajalti aurinkokunnan ulkopuolisten maailmojen, kuten asteroidien, komeettojen, planeettojen ja kääpiöplaneettojen kiertoratojen, renkaiden, kuiden, muotojen ja ilmakehän tutkimiseen.
Vertailemalla sitä, mitä havainnoitsijat näkevät eri paikoissa maapallolla, voidaan päätellä peittyvän maailman koko ja muoto. Jos kohteella on ilmakehä, muutaman lyhyen sekunnin ajan, kun tähtivalo sammuu ja palaa takaisin, tähtivalo voi muuttua absorption ja taittumisen vuoksi, kun se kulkee planeetan ilmakehän läpi.
Sen jälkeen, kun ensimmäiset onnistuneet peittymismittaukset tehtiin 1980-luvulla, on useilla havainnoinneilla saatu aikaan yhä tarkempia mittauksia Pluton säteestä sekä jatkuvasti tarkennettua käsitystämme sen ilmakehän lämpötilasta ja paineesta.
Pitkä kiertorata ja vuodenaikojen vaihtelu
Maapallon tapaan myös Plutolla on vuodenaikojen kiertokulku, joka johtuu sen napojen kallistumisesta sen kiertoradan tasoon nähden. Pluton pitkän vuoden aikana – joka vastaa 248 Maan vuotta – ensin pohjoisnapa ja sitten etelänapa kallistuvat kohti kaukana olevaa Aurinkoa.
Aurinkokunnan piirroksessa näkyy Pluton kallistunut rata, joka on myös elliptisempi kuin planeettojen rata. Kuva NASAn kautta (muokattu).
Mutta toisin kuin Maa, Pluton rata on venytetty äärimmäisen elliptiseksi. Sen rata on niin pitkänomainen, että sen etäisyys Auringosta vaihtelee 4,4-7,4 miljardin kilometrin välillä (30-50 kertaa Maan ja Auringon välisen etäisyyden verran).
Sen sijaan Maan etäisyys Auringosta vaihtelee vain 3,4 prosenttia vuoden aikana. Pluton ilmakehä löydettiin juuri ennen kuin Pluto saavutti lähimmän lähestymisensä aurinkoa, joka tapahtui vuonna 1989.
Vuoden 1989 jälkeen Pluto on vetäytynyt auringosta. Lämpötilat ovat vastaavasti laskeneet.
Paineessa
Silloin kun Pluto alkoi siirtyä kauemmas auringosta, tähtitieteilijät odottivat, että tämä aiheuttaisi sen ilmakehän paineen laskevan samalla tavalla kuin autonrenkaan paine laskee kylmällä säällä ja nousee helteellä. Vuosina 1988-2016 tehdyt havainnot ovat päinvastoin osoittaneet ilmakehän paineen nousseen tasaisesti.
Juuri ennen Nasan New Horizons -luotaimen saapumista vuonna 2015 okkultointimittauksissa havaittiin, että Pluton ilmanpaine on kolminkertaistunut vuodesta 1988 lähtien (vastaava Maassa olisi verrata Mount Everestin huipulla vallitsevaa painetta merenpinnan tasolla vallitsevaan paineeseen).
Mitkä ovat syynä tähän eroavaisuuteen? Kaikki ajatukset siitä, että peittymismittaukset olisivat olleet virheellisiä, karkotettiin New Horizonsin aluksella tehdyllä REX-kokeella (Radio Science Experiment), joka palautti suorat mittaukset, jotka olivat yhtäpitäviä maanpäällisten havaitsijoiden kanssa.
Uusi tutkimus on ratkaissut mysteerin käyttämällä kausittaista mallia kaasun ja jään kulkeutumisesta planeetan pinnalla.
Vaikka Pluto siirtyy vuosi vuodelta kauemmas auringosta, sen pohjoisnapa on jatkuvasti auringonvalossa kiertoradan tämän osan aikana, mikä saa sen typpijääpeitteen palaamaan kaasufaasiin.
Tämä selittää ilmakehän paineen nopean nousun viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana.
Mutta ilmastomallinnus osoittaa, että tämä suuntaus ei tule jatkumaan.
Nasa:n New Horizons -avaruusaluksen kuvaamat jäätyneet kanjonit Pluton pohjoisnavalla. Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Talvi on todella tulossa
Pluto jatkaa etääntymistään kauemmas auringosta vuoteen 2113 asti, eikä heikko auringonvalo riitä lämmittämään eteläisiä napa-alueita samalla tavalla.
Pitkän pohjoisen syksyn ja talven aikana Pluton ilmakehän odotetaan romahtavan ja huurtuvan pinnalle kuin jää auton tuulilasille kirkkaana ja kylmänä talviyönä.
Alhaisimmillaan ilmakehän ennustetaan olevan alle viisi prosenttia nykyisestä paineestaan. Pluton läheisen auringon lähestymisen ja pohjoisen pallonpuoliskon kevään yhdistelmä toistuu vasta vuonna 2237.
Siihen asti on ratkaisevan tärkeää testata jatkuvien peittymismittausten avulla käsitystämme planeettojen ilmakehämalleista äärimmäisissä matalalämpötila- ja matalapaineolosuhteissa.
Mutta nämä tilaisuudet harvinaistuvat, kun Pluton rata vie sen näennäisen sijainnin kauemmas galaktisen keskuksen tiheistä tähtikentistä, jotka auttoivat meitä havaintojen tekemisessä.
Andrew A. Cole, astrofysiikan vanhempi lehtori, Tasmanian yliopisto
Tämä artikkeli on julkaistu uudelleen The Conversation -lehdessä Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Loppupäätelmä: Astrofyysikko selittää, miksi Pluto on menettämässä ilmakehäänsä.
EarthSky-yhteisön jäsenet – mukaan lukien tiedemiehet sekä tiede- ja luontokirjailijat eri puolilta maailmaa – puntaroivat, mikä on heille tärkeää. Kuva: Robert Spurlock.