science >> Wetenschap >  >> Astronomie

SOFIA vindt aanwijzingen verborgen in Plutos-nevel

Stilstaand beeld van een animatie die Pluto illustreert die voor een ster passeert tijdens een eclipsachtige gebeurtenis die bekend staat als een occultatie. SOFIA observeerde de dwergplaneet toen deze op 29 juni tijdelijk werd verlicht door een ster, 2015 om de atmosfeer te analyseren. Krediet:NASA

Toen het ruimtevaartuig New Horizons in 2015 langs Pluto passeerde een van de vele fascinerende kenmerken die de afbeeldingen onthulden, was dat deze kleine, ijskoude wereld in het verre zonnestelsel heeft een wazige atmosfeer. Nutsvoorzieningen, nieuwe gegevens helpen verklaren hoe Pluto's waas wordt gevormd door het zwakke licht van de zon op 3,7 miljard mijl afstand terwijl het door een ongebruikelijke baan beweegt.

Waarnemingen op afstand van Pluto door NASA's telescoop in een vliegtuig, het Stratosferische Observatorium voor Infraroodastronomie, of SOFIA, laten zien dat de dunne waas die Pluto omhult, is gemaakt van zeer kleine deeltjes die gedurende langere tijd in de atmosfeer blijven in plaats van onmiddellijk naar de oppervlakte te vallen. SOFIA's gegevens verduidelijken dat deze waasdeeltjes actief worden aangevuld - een ontdekking die voorspellingen over het lot van Pluto's atmosfeer herzien terwijl deze zich in zijn 248 jaar durende baan rond de zon naar nog koudere gebieden van de ruimte verplaatst. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Icarus.

"Pluto is een mysterieus object dat ons voortdurend verrast, " zei Michael Persoon, de hoofdauteur van het artikel en directeur van Wallace Astrophysical Observatory van het Massachusetts Institute of Technology. "Er waren hints in eerdere waarnemingen op afstand dat er misschien een waas zou zijn, maar er was geen sterk bewijs om te bevestigen dat het echt bestond totdat de gegevens van SOFIA kwamen. Nu vragen we ons af of Pluto's atmosfeer de komende jaren gaat instorten - hij is misschien veerkrachtiger dan we dachten."

SOFIA bestudeerde Pluto slechts twee weken voor de flyby van New Horizon in juli 2015. De aangepaste Boeing 747 vloog over de Stille Oceaan en richtte zijn bijna 9-voet telescoop op Pluto tijdens een occultatie, een eclips-achtige gebeurtenis waarbij Pluto een vage schaduw op het aardoppervlak wierp toen het voor een verre ster passeerde.

SOFIA observeerde de middelste lagen van Pluto's atmosfeer in de golflengten van infrarood en zichtbaar licht, en kort daarna, het New Horizons-ruimtevaartuig onderzocht de bovenste en onderste lagen met behulp van radiogolven en ultraviolet licht. Deze gecombineerde waarnemingen, zo dichtbij in de tijd genomen, hebben het meest complete beeld tot nu toe van Pluto's atmosfeer opgeleverd.

Kleurenafbeelding met hoge resolutie van de nevellagen in de atmosfeer van Pluto, aangekocht door het ruimtevaartuig New Horizons op 14 juli, 2015. Krediet:NASA/JHUAPL/SwRI

Blauw, Wazige sfeer

Gemaakt terwijl oppervlakte-ijs verdampt onder het verre licht van de zon, De atmosfeer van Pluto bestaat voornamelijk uit stikstofgas, samen met kleine hoeveelheden methaan en koolmonoxide. Hazedeeltjes vormen zich hoog in de atmosfeer, meer dan 20 mijl boven het oppervlak, omdat methaan en andere gassen reageren op zonlicht, voordat het langzaam naar het ijzige oppervlak regent.

New Horizons vond bewijs van deze deeltjes toen het beelden terugstuurde met een blauw getinte waas naar Pluto's atmosfeer. Nutsvoorzieningen, De gegevens van SOFIA vullen nog meer details aan door te ontdekken dat de deeltjes extreem klein zijn, slechts 0,06-0,10 micron dik, of ongeveer 1, 000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Door hun kleine formaat, ze verstrooien blauw licht meer dan andere kleuren als ze naar het oppervlak drijven, het creëren van de blauwe tint.

Met deze nieuwe inzichten wetenschappers evalueren hun voorspellingen over het lot van Pluto's atmosfeer opnieuw. Veel voorspellingen gaven aan dat naarmate de dwergplaneten zich van de zon verwijderden, er zou minder oppervlakte-ijs verdampen - waardoor er minder atmosferische gassen zouden ontstaan ​​terwijl verliezen naar de ruimte aanhielden - wat uiteindelijk zou leiden tot atmosferische ineenstorting. Maar in plaats van in te storten, de atmosfeer lijkt te veranderen op een korter cyclisch patroon.

Toepassen van wat ze van SOFIA hebben geleerd om eerdere observaties opnieuw te analyseren, waaronder van SOFIA's voorganger de Kuiper Airborne Observatory, laat zien dat de waas dikker wordt en vervolgens vervaagt in een cyclus van slechts enkele jaren. Dit geeft aan dat de kleine deeltjes relatief snel worden gecreëerd. De onderzoekers suggereren dat de ongebruikelijke baan van Pluto de veranderingen in de nevel veroorzaakt en daarom mogelijk belangrijker is bij het reguleren van de atmosfeer dan de afstand tot de zon.

Pluto draait om de zon in een lange, ovale vorm, een elliptische baan genoemd, en onder een hoek een hellende baan genoemd. Hij draait ook op zijn kant. Dit zorgt ervoor dat sommige delen van de dwergplaneet op verschillende punten in de baan aan meer zonlicht worden blootgesteld. Wanneer ijsrijke gebieden worden blootgesteld aan zonlicht, de atmosfeer kan uitzetten en meer neveldeeltjes creëren, maar omdat die gebieden minder zonlicht krijgen, het kan krimpen en duidelijker worden. Deze cyclus ging door, zelfs toen Pluto's afstand tot de zon toenam, hoewel het niet duidelijk is of dit patroon zich zal voortzetten.

"Er is nog veel dat we niet begrijpen, maar we zijn nu gedwongen om eerdere voorspellingen te heroverwegen, " zei Persoon. "Pluto's atmosfeer kan langzamer instorten dan eerder werd voorspeld, of misschien wel helemaal niet. We moeten het blijven volgen om erachter te komen."

SOFIA bestudeerde Pluto's schaduw terwijl deze over het aardoppervlak reisde met meer dan 53, 000 mph in de nacht van 29 juni, 2015. Dankzij de zorgvuldige planning en realtime aanpassing van de vliegroute van het observatorium in de aanloop naar de waarneming konden wetenschappers de atmosfeer van Pluto analyseren. Krediet:NASA

Pluto's schaduw achtervolgen

SOFIA bevond zich in een unieke positie om Pluto van veraf te bestuderen door gebruik te maken van een zeldzaam moment waarop Pluto voor een verre ster passeerde, werpt een vage schaduw over het aardoppervlak. Tijdelijk verlicht door de ster, De atmosfeer van Pluto kan worden geanalyseerd.

Reizend op 53, 000 mijl per uur, Pluto's schaduw zou naar verwachting gedurende een korte twee minuten boven de Stille Oceaan bij Nieuw-Zeeland verschijnen. SOFIA zette koers om te onderscheppen, maar twee uur voor de occultatie plaatste een bijgewerkte voorspelling de schaduw 200 mijl naar het noorden.

"Het vastleggen van die schaduw vergde een beetje klauteren. SOFIA heeft het voordeel mobiel te zijn, maar het herziene vliegplan moest worden goedgekeurd door de luchtverkeersleiding, " zei William Reach, SOFIA's associate director voor wetenschappelijke operaties. "Er waren een paar spannende momenten, maar het team werkte samen, en we kregen toestemming. We bereikten de schaduw van Pluto precies op het juiste moment en waren erg blij dat we het gehaald hadden!"

Met dergelijke observaties op afstand kunnen wetenschappers planetaire lichamen volgen tussen ruimtevaartuigen langs, die vaak door vele jaren van elkaar kunnen worden gescheiden. De overeenkomst tussen de gegevens die op afstand zijn verzameld door SOFIA en van de nabije flyby van New Horizons, ondersteunt dat occultatieobservaties vanaf de aarde hoogwaardige gegevens kunnen opleveren tussen ruimtevaartuigmissies.