Раскрываются секреты нижней атмосферы Плутона

[Sergiusz]

Раскрываются секреты нижней атмосферы Плутона
http://www.sciencedaily.com/releases/2009/03/090302133220.htm

Используя Очень Большой Телескоп Южной Европейской обсерватории (Very Large Telescope), астрономы получили новые ценные ключи к пониманию атмосферы карликовой планеты Плутон. Ученые нашли необычно большое количество метана в атмосфере, а также обнаружили, что атмосфера теплее поверхности на 40°, хотя это составляет всего лишь морозные -180°С.

"При наличии большого количества метана в атмосфере, становится ясно, почему атмосфера Плутона является такой тёплой", - сказал Эммануэль Лелуш (Emmanuel Lellouch), главный автор статьи, в которой были представлены эти результаты.

Плутон, размеры которого в пять раз меньше размеров Земли, состоит в основном из скальных пород и льда. Поскольку в среднем он находится в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, это очень холодный мир с температурой поверхности около -220°С.

С 1980-х известно, что Плутон обладает разреженной атмосферой [1], которая состоит из тонкого, в основном азотного слоя, со следами метана и, вероятно, монооксида углерода. По мере того, как Плутон удаляется от Солнца в течении 248-летнего периода обращения, его атмосфера постепенно вымерзает и выпадает на поверхность. В промежутки времени, когда Плутон находится вблизи Солнца,  как сейчас, температура его поверхности возрастает, в результате льды сублимируют, превращаясь в газы.

До недавнего времени лишь верхняя атмосфера Плутона была доступна для изучения. Наблюдая покрытие звезд (ESO 21/02), явление, которое происходит, когда тело Солнечной системы закрывает свет от фоновой звезды, астрономы смогли показать, что верхняя атмосфера Плутона на 50° теплее, чем поверхность, и составляет -170°С. Эти наблюдения не могли пролить свет на температуру и давление атмосферы вблизи поверхности Плутона. Однако новые уникальные наблюдения проведенные при помощи Криогенного Инфракрасного Эшелле-спектрографа (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph - CRIRES), присоединенного к Очень Большому Телескопу Южной Европейской Обсерватории, позволили обнаружить, что не только верхняя, но и вся атмосфера в целом, имеет среднюю температуру -180°С, и таким образом, действительно, "намного теплее" поверхности.

Таким образом, в противоположность атмосфере Земли [2], бОльшая часть, если не вся атмосфера Плутона, находится в состоянии температурной инверсии: чем выше температура, тем выше в атмосфере вы находитесь. Градиент составляет от 3 до 15 градусов на километр. На Земле, при нормальных условиях, температура атмосферы снижается примерно на 6 градусов на километр.

"Захватывающе думать, что при помощи CRIRES мы в состоянии точно измерить следовые количества газов в атмосфере, в 100 000 раз более разреженной, чем земная, на объекте, в пять раз меньшем нашей планеты, расположенном на краю Солнечной системы", - сказал соавтор Ганс-Ульрих Койфл (Hans-Ulrich Käufl). - "Комбинация CRIRES и VLT почти что соответствует наличию современного спутника для исследований атмосферы на орбите вокруг Плутона."

Причина, по которой поверхность Плутона такая холодная, связана с существованием атмосферы Плутона и вызвана сублимацией льда с поверхности; почти так же, как пот охлаждает тело, испаряясь с поверхности кожи, эта сублимация оказывает охлаждающее влияние на поверхность Плутона. В этом отношении Плутон имеет нечто общее с кометами, кома и хвосты которых возникают из сублимирующего льда при приближении к Солнцу.

Данные CRIRES также показывают, что метан является вторым по содержанию газом в атмосфере Плутона, составляя полпроцента ее молекул. "Мы смогли показать, что это количество метана играет ключевую роль в процессе нагревания атмосферы и может объяснить ее повышенную температуру", - сказал Лелуш.

Свойства атмосферы Плутона можно объяснить при помощи двух различных моделей. В первой астрономы предполагают, что поверхность Плутона покрыта тонким слоем метана, который замедляет сублимацию азотного инея. Вторая модель предполагает существование участков чистого метана на поверхности.

"Для выбора между двумя моделями требуется дальнейшее изучение Плутона, который удаляется от Солнца", - сказал Лелуш. - "И, конечно же, космический аппарат НАСА New Horizons даст нам больше данных, когда достигнет карликовой планеты в 2015 году."

Примечания

[1] Атмосферное давление на Плутоне составляет около одной стотысячной атмосферного давления на Земле, или около 0.015 милибар.
[2] Обычно, воздух вблизи поверхности Земли теплее, чем воздух на большей высоте, в основном из-за того, что атмосфера нагревается снизу: солнечное излучение нагревает поверхность Земли, а та, в свою очередь, нагревает слой атмосферы непосредственно над собой. При определенных условиях, наблюдается противоположная ситуация, когда у поверхности Земли  находится более холодный воздух. Метеорологи называют такую ситуацию инверсией; она может привести к развитию смога.

Ссылка на публикацию:
   1. E. Lellouch et al. Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations. Astronomy & Astrophysics, (in press)

Адаптировано по материалам, предоставленным Европейской южной обсерваторией.

[bob]

Блестящая работа! Получается, что Титан - типовой койпероид. В смысле, не "захвачен", а сформировался вместе с койпероидами, в том-же тигле. Значит и Тритон, и ...

[polar]

http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/204.html#arxiv/0901.4882

[bob]

http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/204.html#arxiv/0901.4882

Спасибо, Сергей! Дело в том, что это - серьёзный вклад в гипотезу "выметания лишнего материала" из формирующейся планетной группы на её периферию. Соответственно, Морбиделли, Джевитт и Ипатов были максимально близки к истине при моделировании образования планетезималей.

P.S. Есть смысл дать ссылку в Научной Панораме, если ещё нет. Очень серьёзные и далеко идущие результаты. Sergiusz, спасибо за поднятие темы.

[Dayan]

Блестящая работа! Получается, что Титан - типовой койпероид. В смысле, не "захвачен", а сформировался вместе с койпероидами, в том-же тигле. Значит и Тритон, и ...

Почему Титан - это "типовой койпероид"? Какие есть на это указания? Он сформировлся рядом с Сатурном? И на примерно нынешней орбите Сатурна? Насчет Тритона уже давно известно, что он захвачен Нептуном, и является объектом типа Плутона и Эриды.

[bob]

Почему Титан - это "типовой койпероид"? Какие есть на это указания? Он сформировлся рядом с Сатурном? И на примерно нынешней орбите Сатурна? Насчет Тритона уже давно известно, что он захвачен Нептуном, и является объектом типа Плутона и Эриды.

Конечно, он - спутник, а не койпероид. Но состав атмосфер имеет сильное сходство.

[Сириус А]

а разве есть на плутоне атмосфера?

[Александр Репной]

а разве есть на плутоне атмосфера?

Есть.
http://www.astronet.ru/db/msg/1170734/pluto.html
http://www.galaxy.vinnica.ua/vib/pluton/plutatm.htm
http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/03/07/11_003.htm

[Dayan]

Конечно, он - спутник, а не койпероид. Но состав атмосфер имеет сильное сходство.

Азот входит и в состав атмосферы Земли.
Титан - это не просто спутник. Он по строению и составу не похож не на внутренние каменные планеты Солнечной системы (сюда входит и Луна), не на объекты пояса Койпера (сюда входят также Тритон, Харон). Думаю, что Титан в одном ряду со спутниками Юпитера Европой, Ганимедом, Каллисто, занимает промежуточное положение между двумя этими группами (сюда, возможно, еще входят средние спутники Сатурна и крупные спутники Урана). Или я не корректно разделил по группам (на три условные) средние по массам тела Солнечной системы?

[bob]

Ну вот, возникло мнение, что метана много.

[Dayan]

Ну вот, возникло мнение, что метана много.

Что Вы имеете ввиду?

[bob]

Что его много.

[Dayan]

Что его много.

Где много? Почему возникло такое мнение? Не понимаю Ваше сообщение о мнении.

[bob]

Вы что, издеваетесь? Где много? Почему возникло такое мнение? Не понимаю Ваше сообщение о мнении.

Я имею в виду первое сообщение темы. Азотно-метановая атмосфера. Метана предполагается меньше, чем на Титане, но предполагается открытая залежь на поверхности. Там холоднее, поэтому даже незначительное участие метана в атмосфере говорит о его присутствии на поверхности в значительных количествах.

[Dayan]

Я имею в виду первое сообщение темы. Азотно-метановая атмосфера. Метана предполагается меньше, чем на Титане, но предполагается открытая залежь на поверхности. Там холоднее, поэтому даже незначительное участие метана в атмосфере говорит о его присутствии на поверхности в значительных количествах.

Понятно. Извините пожалуйста, если предыдущее сообщение грубовато - когда возникает недопонимание с моей стороны, меня немного переклинивает.
А как вообще влияет на климат соотношение метан-азот (если есть такие данные)? У азота по-моему ниже температура кипения.

[bob]

Извините пожалуйста.. А как вообще влияет на климат соотношение метан-азот (если есть такие данные)? У азота по-моему ниже температура кипения.

Да, ничего. Естественно, азот вымерзает позже. Когда я написал, что это очень похоже на Титан, я как раз имел в виду, что если поместить Плутон на место Титана, то мы не заметили бы существенной разницы, если нет ошибки в результатах. Была бы плотная метановая атмосфера. То есть, эти малые планеты очень похожи.

[Александр Репной]

Еще к дополнению...

Астрономы измерили температуру атмосферы Плутона
 
Атмосфера Плутона, который был недавно лишен статуса планеты, оказалась очень горячей (по сравнению с его поверхностью). Эта информация, а также другие данные были получены в ходе исследования с использованием Очень большого телескопа (Very Large Telescope - VLT) Европейской южной обсерватории (ESO). Авторы работы, принятой к публикации в журнал Astronomy & Astrophysics, приводят ее основные результаты в пресс-релизе ESO.
До сих пор астрономам удавалось получить сведения только о верхних слоях атмосферы Плутона. Авторы данной работы при помощи спектрометра CRIRES, установленного на VLT, смогли получить информацию обо всей атмосфере, которая в 100 тысяч раз тоньше земной.

Температура атмосферы Плутона оказалась равна минус 180 градусам по Цельсию. Это на 40 градусов больше, чем температура поверхности плутоида (к этому новому классу космических объектов теперь относится Плутон). Авторы объясняют высокую температуру повышенным содержанием метана в атмосфере бывшей девятой планеты Солнечной системы. Метан способствует сильному парниковому эффекту. Ученые выяснили, что этот газ составляет около 0,5 процента ото всех других газов атмосферы Плутона.

Минимальное расстояние, на которое Плутон приближается к Солнцу, составляет 4,4 миллиарда километров. Максимальное - 7,4 миллиарда. По мере удаления от звезды атмосфера плутоида охлаждается и падает на его поверхность. Когда Плутон подходит ближе к Солнцу, образовавшийся лед начинает возгоняться (то есть, составляющие его вещества переходят из твердого состояния сразу в газообразное). Во время возгонки газы "уносят" с поверхности Плутона тепло. Этот процесс объясняет разницу в температурах атмосферы и поверхности.

В дальнейшем авторы планируют продолжить изучение Плутона. Основные надежды ученых связаны с аппаратом New Horizons, запущенным в 2006 году. Он должен исследовать сам Плутон, его луны, а также другие объекты пояса Койпера.

http://lenta.ru/news/2009/03/03/pluto/