Possiamo ringraziare la navicella spaziale New Horizons della NASA per aver aperto i nostri occhi sulla complessità di Plutone. Il 14 luglio 2015, la navicella spaziale è arrivata a 12.500 km (7.800 mi) dal pianeta nano. Durante il sorvolo, New Horizons è stato in grado di caratterizzare l'atmosfera di Plutone e la sua superficie.
Tra le cose che New Horizons ha visto c'era una regione di montagne innevate.
Qui sulla Terra, più vai in alto, più fa freddo, il che spiega le nostre montagne innevate. Ma su Plutone c'è un'inversione di temperatura, il che significa che è il contrario della Terra: più in alto vai, più caldo diventa. È a causa della radiazione solare. La temperatura atmosferica media in altitudine è di decine di gradi superiore alla sua superficie.
Allora perché c'è il gelo?
Questa zona si trova a sud della banda equatoriale oscura di Plutone, chiamata informalmente Cthulhu Regio, e a sud-ovest delle vaste pianure di ghiaccio di azoto, denominate informalmente Sputnik Planitia. Il nord è in alto; nella parte occidentale dell'immagine, una catena di montagne luminose si estende a nord in Cthulhu Regio. I dati sulla composizione di New Horizons indicano che il materiale luminoso del manto nevoso che copre queste montagne non è acqua, ma metano atmosferico che si è condensato sotto forma di gelo su queste superfici ad alta quota. Credito: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Un team di ricercatori, guidato da membri del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, o Centro nazionale francese per la ricerca scientifica), ha affrontato la questione in un nuovo studio. Il titolo è ' Le montagne equatoriali su Plutone sono ricoperte da gelate di metano derivanti da un processo atmosferico unico. L'autore principale è Tanguy Bertand, che attualmente è un ricercatore post-dottorato della NASA presso il NASA Ames Research Center. Lo studio è pubblicato su Nature Communications.
New Horizons ha trovato la neve su Pigafetta Montes ed Elcano Montes, situati a Pluto's Cthulhu Macula regione all'equatore del pianeta. La neve di Plutone non è come la neve della Terra; è metano congelato, non acqua congelata. Ma Plutone è un mondo gelido con un'atmosfera tenue e c'è una scarsa quantità di metano nella sua atmosfera molto sottile. Come si è formata la neve sulle cime delle montagne?
La superficie di Plutone sfoggia una notevole gamma di morfologie che hanno i loro colori distinti, raccontando una complessa storia geologica e climatologica. Credito: Cortesia NASA / JHUAPL / SwRI Indice pagina 2015 Divisione del rapporto annuale: (15)
Sulla Terra, la temperatura diminuisce con l'altitudine a causa di raffreddamento adiabatico . Quando l'aria si muove verso l'alto lungo il pendio di una montagna, si espande, il che porta al raffreddamento. È vero il contrario quando l'aria discende: l'aria diventa più calda. Quando l'aria umida sale, e quando si raffredda abbastanza, si condensa e cade come neve. È un fenomeno ben compreso qui sulla Terra, ma non può spiegare la neve di Plutone.
Sulla Terra, la temperatura diminuisce con l'altitudine, di circa 1 grado Celsius ogni 100 metri. Su Plutone fa più caldo ad altitudini più elevate. Eppure su Plutone c'è ancora gelo di metano o neve ad alta quota. Credito immagine: Tanguy Bertand et al. 2020.
Il team ha utilizzato un modello climatico per scoprire come la neve di metano è arrivata a cadere sulle montagne. La sottile atmosfera di Plutone è principalmente azoto, con tracce di metano e monossido di carbonio. Con solo tracce di metano, è difficile spiegare tutta quella neve.
Lavorando con il modello climatico, i ricercatori hanno determinato che la dinamica dell'atmosfera di Plutone concentra il metano ad altitudini più elevate. Solo in cima alle montagne c'è abbastanza metano per formare la neve. A quote più basse, semplicemente non c'è abbastanza metano.
Poiché Plutone non ha un'atmosfera densa e isolante come la Terra, il pianeta nano è più caldo a quote più elevate a causa della radiazione solare, poiché il calore viene assorbito dal metano nell'atmosfera. Questo vale per i primi chilometri di dislivello. Quel processo di assorbimento del calore da parte del metano non avviene in aree dove c'è ghiaccio di azoto in superficie, perché può sublimare e raffreddare i primi chilometri di altitudine nell'atmosfera.
A) Mappa New Horizons della regione sudorientale di Cthulhu su Plutone, situata nelle regioni equatoriali ad ovest di Sputnik Planitia. Il riquadro giallo indica i confini dell'area vista in dettaglio in (b). B) Dettaglio delle creste ghiacciate CH4 di Pigafetta ed Elcano Montes all'interno di Cthulhu Macula (148,2°E, 10.1°S), viste in un'immagine a colori Ralph/MVIC potenziata (680?m/pixel, proiezione cilindrica). C) Vista satellitare delle catene montuose delle Alpi ricoperte di ghiaccio d'acqua.
L'atmosfera di Plutone è troppo sottile per riscaldare la superficie del pianeta, quindi quando non c'è azoto congelato sulla superficie, c'è un 'equilibrio radiativo locale'. Questo equilibrio è indipendente dall'altitudine ed è più freddo dell'atmosfera sopra di esso.
Di conseguenza, l'aria vicino alla superficie si raffredda, diventa più densa e vuole fluire continuamente verso il basso. Le simulazioni climatiche di altri ricercatori mostrano che questo meccanismo è presente in tutto Plutone e in ogni momento della giornata. Il risultato è che Plutone è dominato dai venti discendenti. Ecco perché la sua formazione di neve è così sconcertante. È completamente diverso dalla Terra, dove l'aria si raffredda mentre sale e deposita la sua umidità come neve sulle montagne.
'È notevole che due fenomeni e due materiali così dissimili possano produrre lo stesso paesaggio se visti con una risoluzione simile'.
Da 'Le montagne equatoriali su Plutone sono ricoperte da gelate di metano derivanti da un processo atmosferico unico'
Il team di ricercatori ha scoperto che l'atmosfera di Plutone circola in modo tale che il metano si concentra ad altitudini più elevate. Quella circolazione è stagionale e guidata dalla sublimazione in superficie. Gli autori si riferiscono a questo come 'cellule di circolazione indotte dalla sublimazione'. Man mano che il metano diventa più concentrato, raggiunge un punto di saturazione e cade come neve sulla superficie delle montagne.
Questa è un'immagine della simulazione eseguita dal team nel loro studio. Mostra la razione di miscelazione media diurna del metano. Le linee nere rappresentano i venti di superficie, che lavorano per concentrare il metano. Come mostra la barra a destra, il rosso rappresenta concentrazioni più elevate di metano ad altitudini più elevate, che si formano sotto forma di brina sulle montagne. Credito immagine: Bertand et al., 2020.
C'è anche un ciclo di feedback coinvolto. Man mano che la neve di metano si forma sulle montagne, aumenta l'albedo, portando a un maggiore raffreddamento. Con più raffreddamento arriva più neve di metano.
Queste immagini dello studio mostrano accumuli di neve di metano nell'area evidenziata in giallo nell'immagine precedente. Il marrone è la superficie priva di volatili e il grigio è la calotta glaciale di azoto congelato nello Sputnik Planitia. Dal blu al bianco mostra accumuli crescenti di ghiaccio di metano. L'immagine a destra è la stessa simulazione ma con l'aumento dell'effetto dell'albedo. Le immagini provengono da una simulazione climatica eseguita dai ricercatori. Le curve di livello sono 300 m. Credito immagine: Bertand et al., 2020.
“Nel complesso, la formazione di CH4il gelo in cima alle montagne di Plutone sembra essere guidato da un processo completamente diverso da quello che forma le montagne innevate sulla Terra, secondo il nostro modello', scrive il team nella conclusione del loro articolo. 'È notevole che due fenomeni e due materiali così dissimili possano produrre lo stesso paesaggio se visti con una risoluzione simile'.
Questo è solo un altro esempio della complessità di Plutone. Prima del sorvolo di New Horizons del pianeta nano, non avevamo idea che la superficie, l'atmosfera e il clima fossero così complessi. Gli scienziati stanno ancora lavorando con tutti i dati della missione, quindi chissà cosa aspetta ancora di essere scoperto.
Dopo il suo avvicinamento più ravvicinato a Plutone, New Horizons ha guardato indietro verso il pianeta e ha catturato questa vista quasi al tramonto delle sue aspre montagne ghiacciate e delle piatte pianure di ghiaccio. La distesa liscia di Sputnik Planitia (a destra) è fiancheggiata a ovest (a sinistra) da aspre montagne alte fino a 11.000 piedi (3.500 m). Alcuni vogliono inviare un'altra missione su Plutone, questa volta un orbiter. Credito immagine: NASA/JHUAPL/SwRI
Si parla anche di un'altra missione. New Horizons ha eseguito solo un sorvolo della nana di ghiaccio, quindi i suoi dati migliori sono limitati a un lato del mondo lontano. Lo scienziato planetario Alan Stern è stato il Principal Investigator per la missione New Horizons e pensa che... missione orbitante a Plutone è il passo successivo. Anche un lander potrebbe far parte di quella missione.
Di più:
- Comunicato stampa: Le montagne di Plutone sono innevate, ma non per le stesse ragioni della Terra
- Nuova ricerca: Le montagne equatoriali su Plutone sono ricoperte da gelate di metano derivanti da un processo atmosferico unico.
- Universo oggi: Plutone e altri oggetti della fascia di Kuiper sono nati con oceani d'acqua e si sono lentamente congelati per miliardi di anni