De spektakulära lagren av blått dis i Plutos atmosfär, fångade av NASA:s rymdskepp New Horizons. Bild via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Författat av Andrew A. Cole, University of Tasmania
Den olycksbådande varningen – ”vintern är på väg”, som populariserats av fantasyserien ”Game of Thrones” – gäller lika bra för Pluto.
Dvärgplanetens tunna atmosfär verkar vara på gränsen till en fantastisk kollaps på grund av en förändring av årstiderna och annalkande kallare förhållanden, enligt forskning som kommer att publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Opptäcktes 1930, men det var inte förrän runt 1980 som astronomer började misstänka att Pluto kunde ha en atmosfär. Atmosfären upptäcktes preliminärt 1985 och bekräftades helt genom oberoende observationer 1988.
Av den tiden hade astronomerna inget sätt att veta vilka dramatiska förändringar som väntade den lilla världens tunna hölje av kväve, metan och kolväten.
En kosmisk tillfällighet
En kosmisk tillfällighet gjorde att de sista decennierna av 1900-talet och de första decennierna av 2000-talet också innebar att jorden, Pluto och de täta stjärnfälten i Vintergatans avlägsna centrum stod på en lycklig linje med varandra.
Den här animationen kombinerar olika observationer av Pluto under loppet av flera decennier. Bild via NASA.
Detta sammanträffande innebär att Pluto passerar relativt ofta mellan oss och en bakgrundsstjärna. När detta händer faller dess skugga på jorden, en händelse som astronomer kallar en ockultation.
Under en ockultation kan alla observatorier som råkar ligga inom skuggans bana se hur stjärnan tycks försvinna när Pluto passerar framför den, och sedan dyka upp igen när de planetariska anpassningarna skiftar. På en given plats på jordens yta varar en Pluto-ockultation högst ett par minuter.
Tekniken med ockultationer har använts i stor utsträckning för att studera banor, ringar, månar, former och atmosfärer hos världar i det yttre solsystemet, inklusive asteroider, kometer, planeter och dvärgplaneter.
Genom att jämföra vad observatörer ser på olika platser på jorden kan man räkna ut storleken och formen på den ockulerande världen. Om objektet har en atmosfär kan stjärnljuset under några korta sekunder när stjärnljuset blinkar ut och sedan kommer tillbaka ändras genom absorption och brytning när det passerar genom den planetariska atmosfären.
Sedan de första lyckade ockultationsmätningarna på 1980-talet har en rad observationer fastställt allt mer exakta mått på Plutos radie, samt kontinuerligt skärpt vår förståelse av temperaturen och trycket i dess atmosfär.
Lång omloppsbana och årstider
Likt jorden har Pluto en säsongscykel på grund av att dess poler lutar i förhållande till banans plan. Under Plutos långa år – motsvarande 248 jordår – är först nordpolen och sedan sydpolen vinklad mot den avlägsna solen.
En ritning över solsystemet visar Plutos lutande bana, som också är mer elliptisk än planeternas. Bild via NASA (modifierad).
Men till skillnad från jorden är Plutos bana utsträckt till en extrem elliptisk form. Dess bana är så utdragen att dess avstånd från solen varierar från 4,4 till 7,4 miljarder kilometer (30 till 50 gånger så långt som avståndet mellan jorden och solen).
Däremot varierar jordens avstånd från solen med endast 3,4 procent under ett år. Plutos atmosfär upptäcktes strax innan Pluto nådde sitt närmaste närmande till solen, vilket skedde 1989.
Sedan 1989 har Pluto dragit sig tillbaka från solen. Temperaturerna har sjunkit i motsvarande grad.
Under tryck
I samband med att Pluto började röra sig bort från solen förväntade sig astronomerna att detta skulle leda till att det atmosfäriska trycket skulle sjunka, på ungefär samma sätt som trycket i ett bildäck sjunker vid kallt väder och ökar vid värme. Observationer från 1988-2016 har tvärtom visat på en stadig ökning av det atmosfäriska trycket.
Omedelbart innan NASA:s sond New Horizons anlände 2015 upptäckte man genom ockultationsmätningar att det atmosfäriska trycket på Pluto har tredubblats sedan 1988 (motsvarigheten på jorden skulle vara att jämföra trycket på toppen av Mount Everest med trycket på havsnivå).
Vad är orsaken till denna diskrepans? Varje tanke på att ockultationsmätningarna var felaktiga bannlystes av Radio Science Experiment (REX) ombord på New Horizons, som returnerade direkta mätningar som stämde överens med de jordbundna observatörerna.
Den nya forskningen har löst mysteriet med hjälp av en säsongsmodell för transporten av gas och is runt planetens yta.
Även om Pluto rör sig längre bort från solen varje år, är dess nordpol kontinuerligt solbelyst under denna del av sin bana, vilket gör att dess kväveis täcker tillbaka till gasfasen.
Detta förklarar den snabba ökningen av det atmosfäriska trycket under de senaste tre decennierna.
Men klimatmodelleringen visar att denna trend inte kommer att fortsätta.
De frusna kanjonerna vid Plutos nordpol fångade av NASA:s rymdsond New Horizons. Bild via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Vintern kommer verkligen
Pluto kommer att fortsätta att röra sig längre bort från solen fram till år 2113, och det svaga solljuset kommer inte att räcka till för att på liknande sätt värma upp de södra polarområdena.
Under den långa nordliga hösten och vintern förväntas Plutos atmosfär kollapsa och frosta ut på ytan likt is på en bilruta en klar och kall vinternatt.
I sin lägsta ebb förutspås atmosfären ha mindre än fem procent av sitt nuvarande tryck. Kombinationen av Plutos närhet till solen och våren på norra halvklotet kommer inte att återkomma förrän år 2237.
I väntan på det kommer det att vara av avgörande betydelse att testa vår förståelse av planetära atmosfärsmodeller under extrema förhållanden med låg temperatur och lågt tryck genom fortsatta ockultationsmätningar.
Men dessa möjligheter kommer att bli mindre frekventa i takt med att Plutos bana tar sin skenbara position längre bort från de täta stjärnfält i galaktiska centrum som hjälpte oss att göra observationerna.
Andrew A. Cole, lektor i astrofysik, University of Tasmania
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.
Bottom line: En astrofysiker förklarar varför Pluto förlorar sin atmosfär.
Medlemmar av EarthSky-communityn – inklusive forskare samt vetenskaps- och naturskribenter från hela världen – väger in om vad som är viktigt för dem. Foto av Robert Spurlock.