A la espera de nuevos resultados en la atmósfera de Plutón

11 de septiembre de 2014

Randy Gladstone

Nuevos horizontes Co-investigador

¿Qué es la atmósfera de Plutón? Parece que me he estado preguntando sobre eso durante décadas. Hemos sabido tan poco por tanto sobre la atmósfera de Plutón – que es de baja presión, principalmente de nitrógeno molecular (con un poco de metano y monóxido de carbono mezclado en) y puede extenderse bastante – es agradable darse cuenta de que sabremos mucho más después de que Nuevos Horizontes haga sus visitas en verano 2015.

Mis intereses profesionales en Nuevos Horizontes es, con la atmósfera de Plutón superior – de qué está hecha, cómo interactúa con el espacio y cómo es procesada por la luz del Sol en diferentes gases y aerosoles. Un problema en la planificación de observaciones atmosféricas para Nuevos Horizontes durante el sobrevuelo es que realmente no sabemos qué esperar. Sólo unos pocos modelos se han hecho tratando de predecir la composición de la atmósfera de Plutón, y no están de acuerdo mucho con el otro debido a las numerosas incertidumbres presentes. Así que nuestros planes incluyen generalmente muchas observaciones de tipo encuesta, donde tratamos de no asumir demasiado sobre lo que detectará, pero estándo listos para cualquier cosa...

Atmósfera de Plutón

El descubrimiento

De vez en cuando Plutón cruzará delante de una estrella razonablemente brillante - un evento llamado una ocultación estelar. El diagrama muestra cómo el movimiento orbital de la Tierra cambia la perspectiva de un observador mirando Pluto.Para la perspectiva de un observador en la Tierra la estrella parece moverse detrás de Plutón. De principio a fin la ocultación de la estrella por Plutón sólo dura un par de minutos.

 

Una ocultación estelar importante por Plutón ocurrió en junio de 1988 y proporcionó la primera evidencia directa de la atmósfera de Plutón. Si Plutón no tenía atmósfera la luz de las estrellas que parpadea al instante y luego de nuevo en la final. Sin embargo, por un breve tiempo al principio y al final de la ocultación, la atmósfera de Plutón fue iluminada por la estrella y el starlight atenuada más gradualmente. Modelando cuidadosamente cómo la atmósfera ha "doblado" la luz de las estrellas - llamado refracción - los investigadores detectaron la atmósfera del planeta tenue. Varios grupos de investigación han observados la ocultación estelar 1988 por telescopios en la Tierra, tal como en Hobart, Tasmania y Charters Towers, Sudáfrica - y desde un avión, el Observatorio de Kuiper Airborne Plutón.

Atmósfera de nitrógeno de Plutón

Plutón es uno de cuatro ambientes conocidos del sistema solar que es el nitrógeno molecular predominante. Los demás pertenecen a la luna más grande de Saturno, Titán; a la luna más grande de Neptuno, Tritón; y a la Tierra.

Como su sistema solar gemelo Triton, la atmósfera fina de Plutón tiene una presión superficial de sólo 3 a 100 microbars (3 a 100 millonésimas de la presión en la superficie de la Tierra). Las temperaturas son extremadamente frías, con temperatura de la superficie en el rango de menos 400 al menos 360 grados Fahrenheit. La atmósfera es controlada por la interacción con la superficies heladas, principalmente hielo de nitrógeno molecular.

 

Sublimación

De nuestro entendimiento de las propiedades de los hielos de Plutón, sabemos que algunos de ellos poco a poco se evaporan de la superficie y entrar en la atmósfera como gases, tanto en la forma en que se evaporan cubitos de hielo en el congelador del refrigerador. Los Hielos de monóxido de carbono y el metano también se han detectado en la superficie de Plutón usando las mediciones del telescopio de la luz solar reflejada (en longitudes de onda infrarrojas cercana). Por lo tanto, los científicos creen que la atmósfera contiene también pequeñas cantidades de monóxido de carbono y gases de metano suministrados por la sublimación de los hielos.

 

 La capa de neblina

Mira cuidadosamente el oscurecimiento gradual de la luz de las estrellas que se muestra en los datos de ocultación solar anteriores - ¿ves una curva leve o torcedura en la curva. Usted también puede notar que starlight no penetra hasta la superficie de Plutón, un hecho que ha llevado a algunos científicos a sugerir que la ocultación de las nubes o neblina enmáscara la superficie. Alternativamente puede haber un gradiente de temperatura muy escarpado en la atmósfera inferior, donde la temperatura aumenta de menos 397 al menos 360 F en la superficie al menos 280 F en menos de 10 kilómetros (6 millas) de altitud .

 

Vientos redistribuyen Frost

La gran inclinación en el eje de rotación de Plutón (120 grados) crea grandes variaciones estacionales. Como las superficies de hielo se funden en la luz del Sol migrando, sus gases son transportados y redeposited en las regiones de la superficies oscuras y frías como el hielo. Al mismo tiempo, en otros lugares del planeta o como cambio de temporadas de Pluto, algunos de los gases de la atmósfera helada en la superficie, causando un lento pero continuo intercambio de materiales entre la superficie y la atmósfera. Esto actualiza constantemente la superficie, tal vez cubriendo gran parte de la topografía del planeta con recién depositados ices en escalas de tiempo de miles de años.

 

 

 

Por lo tanto, incluso frígido, distante y pequeño Plutón es un mundo dinámico donde los procesos de la naturaleza cambian continuamente la superficie y la atmósfera, creando un mundo extraño y exótico que nos llama desde la tierra para visitar, explorar y aprender.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿Una atmósfera "Freeze Out" en Plutón?

Plutón actualmente se mueve lejos del Sol, habiendo alcanzado su distancia de enfoque más cercana en 1989. Por lo general, cuanto más cerca un objeto es al Sol, debe ser el más cálido y más rápidamente su hielo superficial debe sublime en el espacio. La sublimación del hielo en la superficie de Plutón es responsable por su atmósfera tenue. Como Plutón se mueve lejos del Sol se pondrá más frío y, eventualmente, su atmósfera casi totalmente se condensará sobre la superficie.

La situación actual es un poco más complicada que la simple ilustración discutida anteriormente. Debido a "desfase térmico", el tiempo de aproximación de Plutón al Sol en 1989 fue probablemente no cuando la temperatura de su superficie fue mayor, al igual que la temperatura en la Tierra es más caliente a media tarde en lugar de mediodía. En el caso de Plutón, las observaciones más recientes revelan que la atmósfera se haya espesado durante la última década. Pero esta tendencia definitivamente está atrás como Pluto continúa alejando de los científicos y de Sol no sabrá exactamente cuándo la condensación comenzará a dominar la sublimación - que es por eso que quieren llegar a Plutón tan pronto como sea posible!

 

 Medición de la atmósfera

La misión New Horizons tiene un plan para medir la atmósfera de Plutón. Después de volar por Plutón, la nave espacial New Horizons entra en la sombra del planeta. Mientras la nave se mueve en las sombras de Pluto, la luz del Sol debe pasar por la atmósfera del planeta antes de llegar a la nave espacial. Absorción de la luz solar por la atmósfera de Plutón se detecta como característica "sumerge" en la parte ULTRAVIOLETA del espectro de luz medida por el instrumento de Alice de New Horizons. Esta técnica es un método muy poderoso para medir incluso pequeñas cantidades de gas atmosférico.

Además, las ondas de radio enviadas desde la Tierra hacia Nuevos Horizontes se dobla como atraviesan la atmósfera de Plutón. La cantidad de flexión de las ondas de radio es detectada por los Radio experimento científico (llamado a REX) y se relaciona con la masa molecular media tanto la temperatura de la atmósfera.

Juntos, estos ULTRAVIOLETA y radio "ocultación experimentos" ofrecen potentes sondas de atmósfera tenue de Plutón.

 

¿Charon tiene una atmósfera? ( Caronte)

Puesto que nadie ha observado una atmósfera de Charon, no se puede decir con certeza si luna de Plutón tiene uno. Sin embargo, los científicos pueden afirmar que si Caronte tiene un ambiente debe ser uno muy delgado, por lo menos en comparación con la de Plutón.

Estudios espectroscópicos de Caronte no demuestran ninguna evidencia clara de en la atmósfera y de hecho indican que si hay una atmósfera de Charon debe ser por lo menos 10 veces menos densa que la de Plutón. Es posible que Charon tenía una atmósfera sustancial, tal vez poco después de que se formó aproximadamente 4.500 millones de años. Pero con la pequeña masa de Caronte y la correspondientemente pequeña atracción gravitacional, cualquier ambiente "evaporaría" en espacio  en una escala de tiempo relativamente corto.

 

 

....El mejor ejemplo de esto es la observación de ocultación solar de Plutón. El espectrógrafo ULTRAVIOLETA Alice vigilará el Sol conjunto (y luego resucitaría) como moscas Nuevos Horizontes a través de la sombra de Plutón, una hora después de enfoque más cercana. Viendo cómo se desvanecen los colores de la luz solar (y entonces vuelta) como Nuevos Horizontes entra (y sale de) la sombra nos dirá casi todo lo que podemos pedir sobre composición (todos los gases tienen firmas única de absorción en las longitudes de onda ultravioletas cubiertos por Alice) y estructura (cómo las características de la absorción varían con la altitud nos dirá sobre las temperaturas, las tasas de fuga y posiblemente dinámica y nubes).

Cuando los datos de Nuevos Horizontes empiezan a bajar, estos son los datos que estare esperando.

 

 

Impresión del artista de Plutón, con su atmósfera tenue. Datos de espectrógrafo ULTRAVIOLETA New Horizons Alice responderá a una amplia gama de preguntas acerca de la composición y estructura de la atmósfera.

 

Randy Gladstone, del Southwest Research Institute, conduce al grupo temático de atmósferas en el nuevo equipo de ciencia de Nuevos Horizontes. Un experto en planetario aeronomía (estudios de la atmósfera superior) y transferencia radiativa, también sirve en el equipo del instrumento de Alice.

 

Traducción: El Quelonio Volador