Неожиданно холодную атмосферу Плутона объяснили дымкой

Американские ученые предположили, что атмосфера Плутона охлаждается из-за инфракрасного излучения рассеянных в ней молекул азота и метана, образующих голубоватую дымку. Это объясняет полученные зондом New Horizons данные. Статья опубликована в Nature.

Плутон имеет холодную и дымчатую атмосферу. Впервые ее обнаружили в 1985 году при наблюдении за покрытием им фоновой звезды. В июле 2015 года к Плутону приблизился зонд New Horizons, который впервые исследовал карликовую планету вблизи. В частности, собранные данные показали, что атмосфера Плутона состоит из нескольких слоев и содержит летучие вещества, такие как азот и метан, которые образуют заметную на фотографиях голубоватую дымку. Кроме того, она оказалась гораздо холоднее, чем предполагали существующие на тот момент теоретические модели. Это означает, что существует какой-то неучтенный механизм охлаждения атмосферы.

Ученые уже предпринимали попытки объяснить это расхождение. Например, предполагалось, что дополнительное охлаждение происходит из-за поглощения тепла молекулами атмосферного газа (например, водяного пара) и его последующего излучения в космос. Однако для этого водяной пар должен быть очень сильно переохлажден (на несколько порядков) по сравнению с термодинамически равновесным состоянием, что делает подобное объяснение маловероятным.

В данной статье группа ученых под руководством Си Чжана (Xi Zhang) предложила новый механизм охлаждения. Он учитывает, что частицы дымки также могут поглощать тепло, а затем излучают его в инфракрасном диапазоне и охлаждают атмосферу. В действительности, подобные явления наблюдались в атмосфере Титана и стратосфере Юпитера, однако там этот эффект был не очень сильным.

В дымке Плутона, напротив, содержание молекул азота и метана довольно велико, что приводит к тому, что ее вклад в охлаждение становится заметным. Используя известные данные о концентрации частиц, ученые численно рассчитали (тем же способом, что и в статье, посвященной исследованию атмосферы Юпитера), как должна зависеть от высоты температура атмосферы. Оказалось, что на больших высотах атмосфера Плутона охлаждается до температуры около 70 Кельвинов (минус 203 градуса Цельсия), что совпадает с данными New Horizons, и этот показатель почти на 30 градусов отличается от результатов моделирования без учета дымки.

Кроме того, предполагается, что спектр излучения Плутона должен соответствовать спектру излучения черного тела с температурой поверхности, равной температуре карликовой планеты. Однако из расчетов ученых следует, что на самом деле в инфракрасном диапазоне (длины волн менее 20 микрометров) Плутон должен казаться на несколько порядков более ярким, чем предсказывает наивная модель. В настоящее время проверить это предположение сложно — например, инфракрасный телескоп «Спитцер» может регистрировать только волны с длиной больше 20 микрометров. Однако телескоп «Джеймс Уэбб», который запустят весной 2019 года, будет иметь диапазон 0,6-28 микрометров и сможет подтвердить или опровергнуть предположение астрономов.

Прочитать, что интересного ученые узнали о Плутоне в течение миссии New Horizons, вы можете в нашем материале. Посмотреть на снимки поверхности карликовой планеты можно в галерее. Кроме того, недавно NASA провело экскурсию по Плутону и Харону.

Дмитрий Трунин