Aarde en Pluto hebben niet veel gemeen. De aarde is een levendige, levende wereld, terwijl Pluto koud, ver weg en levenloos is. Maar één ding hebben ze gemeen: stikstof. De atmosfeer van de aarde is ongeveer 78% stikstof en Pluto's belangrijkste atmosferische bestanddeel is ook stikstof, hoewel het exacte percentage niet duidelijk is.
Op Pluto, waar de oppervlaktetemperatuur ongeveer 42 Kelvin (-231 Celsius) is, is het grootste deel van die stikstof bevroren. Een nieuwe studie zegt dat Pluto's bevroren stikstof de winden van de planeet aandrijft en de kenmerkende oppervlakken vormt.
Voordat NASA's New Horizons-ruimtevaartuig in Pluto arriveerde, wisten we niet veel over de planeet of zijn oppervlaktekenmerken. Toen het ruimtevaartuig in juli 2015 arriveerde, waren we allemaal verrast toen we ontdekten dat Pluto een veel actievere plek was dan we dachten. Het is ook de eerste keer dat we Tombaugh Regio zagen, een grote, lichtgekleurde regio op het oppervlak van de planeet.
Tombaugh Regio is een heel vreemde plaats, hoe dan ook voor menselijke ogen. Het heeft twee grote lobben waardoor het op een hart lijkt, en astronomen noemen het soms het 'hart van Pluto'. De westelijke lob wordt Spoetnik Planitia genoemd en heeft 6200 meter hoge bergen (Tenzing Montes, voorheen Norgay Montes) gemaakt van waterijs en een uitgestrekte vlakte bedekt met stikstofijs.
Een nieuw artikel zegt dat de enorme stikstofafzetting in Sputnik Planitia de winden van Pluto aandrijft en het oppervlak van de planeet vormt. Het artikel is getiteld: "Het kloppende hart van Pluto reguleert de atmosferische circulatie: resultaten van hoge resolutie en meerjarige numerieke klimaatsimulaties." Het is gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research. De hoofdauteur is Tanguy Bertrand, astrofysicus en planetair wetenschapper bij NASA's Ames Research Center.
'Pluto heeft voor iedereen een mysterie.'
Tanguy Bertrand, hoofdauteur, Ames Research Center
Het grootste deel van Pluto's dunne atmosfeer is stikstof en er zijn ook kleine hoeveelheden kooldioxide en methaan. In Sputnik Planitia zit een enorme hoeveelheid bevroren stikstof en gedurende de dag stijgt de temperatuur voldoende om het te sublimeren, waardoor het in damp verandert. 'S Nachts keert het proces om en bevriest de stikstof weer en valt naar de oppervlakte. Elke keer dat de cyclus zich herhaalt, gedraagt hij zich als een pomp, of een 'hartslag', die stikstofwinden rond de planeet pompt.
Die wind stroomt in de tegenovergestelde richting van de rotatie van de planeet en kan verantwoordelijk zijn voor ongebruikelijke oppervlaktekenmerken op de planeet. Terwijl de dunne, stikstofrijke wind langs het oppervlak waait, transporteert het warmte, ijskorrels en waasdeeltjes om donkere windstrepen en vlaktes te creëren over de noordelijke en noordwestelijke regio's.
"Dit benadrukt het feit dat Pluto's atmosfeer en winden - zelfs als de dichtheid van de atmosfeer erg laag is - het oppervlak kunnen beïnvloeden", zegt Tanguy Bertrand, astrofysicus en planetair wetenschapper bij NASA's Ames Research Center in Californië en de hoofdauteur van de studie.
De Sputnik Planitia-regio, of de linkerlob van Pluto's hart, is lager gelegen dan de rest van de planeet en herbergt het grootste deel van de stikstof. Sputnik Planitia is een ijskap van 1000 kilometer (620 mijl) in een bassin van 3 kilometer (1,9 mijl). De rechter lob is meestal hoogland en stikstofgletsjers.
"Vóór New Horizons dacht iedereen dat Pluto een korfbal zou worden - helemaal plat, bijna geen diversiteit", zei Bertrand in een persbericht. "Maar het is heel anders. Het heeft veel verschillende landschappen en we proberen te begrijpen wat daar aan de hand is. "
Pluto's atmosfeer als dun omschrijven is een understatement. Het is ongeveer 100.000 keer dunner dan dat van de aarde. Dus hoe vormt wind in een atmosfeer die het landschap dun maakt?
Het team van Bertrand nam gegevens van de New Horizons-flyby van Pluto en bouwde vervolgens een weersvoorspellingsmodel om de stikstofwinden te simuleren.
Het team ontdekte dat winden boven 4 km (2,5 mijl) naar het westen waaien, wat in de tegenovergestelde richting is van de draai van Pluto. Wanneer bevroren stikstof in Tombaugh Regio in het noorden sublimeert tot damp en vervolgens weer ijs wordt in het zuiden, veroorzaakt die beweging de westwaartse winden. Deze situatie is waarschijnlijk uniek in ons zonnestelsel, met de mogelijke uitzondering van Triton, de maan van Neptunus.
De onderzoekers vonden ook een andere windstroom. Dit is een sterke, snel bewegende wind dichtbij het oppervlak. Het waait langs de westelijke rand van het Sputnik Planitia-bekken. Er zijn vergelijkbare windpatronen op aarde, die de contouren van het landschap volgen.
De wind wordt aangedreven door de stikstofdamp die weer in ijs condenseert, aldus het onderzoek. De hooggelegen kliffen van Sputnik Planitia vangen koude lucht op in het bassin. Terwijl het daar circuleert, wordt het sterker.
Als Pluto's stikstofhartslag deze winden aandrijft, zouden ze de windstroken en donkere vlaktes ten westen van Sputnik Planitia kunnen verklaren. Als de wind voldoende warmte brengt om het oppervlak te verwarmen, kan dat strepen en vlaktes veroorzaken. Of het kan neveldeeltjes afzetten, die het ijs donkerder kunnen maken en eroderen. En als de wind in de tegenovergestelde richting waaide - dus in dezelfde richting als de draaiing van Pluto - zouden de landschappen heel anders kunnen zijn.
"Spoetnik Planitia is misschien net zo belangrijk voor het klimaat van Pluto als de oceaan voor het klimaat op aarde", zei Bertrand. "Als je Spoetnik Planitia verwijdert - als je het hart van Pluto verwijdert - heb je niet dezelfde bloedsomloop", voegde hij eraan toe.
Het meest "beroemde kenmerk" op Pluto is waarschijnlijk het terrein met schoepen. Het terrein met bladen bestaat uit velden met grillige, grillige landvormen gemaakt van voornamelijk methaanijs. Ze worden gevonden op grote hoogten nabij de evenaar. Kunnen ze een artefact zijn van Pluto's kloppende stikstofhart?
In hun paper zeggen de onderzoekers: "... tijdens periodes van equatoriale ophoping van CH4 (methaan) ijs, zouden de retro-rotatie en de injectie van koude N2-rijke lucht uit Spoetnik Planitia gasvormige CH4 naar het westen kunnen transporteren en duwen, zodat het de ophoping van CH4-ijs op de meest westelijke lengten (dat wil zeggen, ten oosten van Sputnik Planitia), wat daar tot de vorming van het schraapterrein leidt. "
Ze zeggen ook "... de richels (" bladen ") van de Bladed Terrain-afzettingen vertonen een dominante N-S-oriëntatie, die ook gedeeltelijk afkomstig zou kunnen zijn van dit eigenaardige atmosferische circulatieregime."
Het lijkt vooralsnog onzeker of deze stikstofwinden het blad kunnen veroorzaken. Maar het team is van plan het uit te proberen. "In de toekomst zijn we van plan deze ideeën verder te onderzoeken en de processen te onderzoeken die leiden tot deze longitudinale asymmetrieën en bijzondere geologische formaties, door gebruik te maken van GCM-simulaties op lange termijn met hoge resolutie."
In hun conclusie zeggen de auteurs: "Ons werk bevestigt dat ondanks een bevroren oppervlak en een ijle atmosfeer, het klimaat van Pluto opmerkelijk actief is." Veel actiever dan iemand waarschijnlijk dacht.
New Horizons kon de baan rond Pluto niet bereiken. Dat is moeilijk te doen en dat was nooit de missie. NASA overweegt in de toekomst een Pluto-orbiter, maar ondertussen hebben we alles wat we hebben geleerd over de ijzige dwergplaneet, geleerd van een enkele fly-by. Toch leerden we genoeg om geïntrigeerd te zijn en meer te willen weten over deze fascinerende, mysterieuze wereld.
'Pluto heeft voor iedereen een mysterie', zei Bertrand.
Meer:
- Persbericht: HET IJZIGE HART VAN PLUTO MAAKT WINDSCHERM
- Research Paper: Pluto's kloppend hart reguleert de circulatie van de atmosferische 2: resultaten van hoge resolutie en 3 meerjarige numerieke klimaatsimulaties
- Space Magazine: NASA overweegt nu een Pluto Orbiter-missie
