De gassamenstelling van de atmosfeer van een planeet bepaalt in het algemeen hoeveel warmte in de atmosfeer wordt vastgehouden. Voor de dwergplaneet Pluto, echter, de voorspelde temperatuur op basis van de samenstelling van de atmosfeer was veel hoger dan de werkelijke metingen van NASA's New Horizons-ruimtevaartuig in 2015.

Een nieuwe studie gepubliceerd op 16 november in Natuur stelt een nieuw koelmechanisme voor dat wordt gecontroleerd door neveldeeltjes om rekening te houden met de ijskoude atmosfeer van Pluto.

"Het is een mysterie geweest sinds we voor het eerst de temperatuurgegevens van New Horizons kregen, " zei eerste auteur Xi Zhang, assistent-professor aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz. "Pluto is het eerste planetaire lichaam waarvan we weten dat het energiebudget in de atmosfeer wordt gedomineerd door vastefase-neveldeeltjes in plaats van door gassen."

Het koelmechanisme omvat de absorptie van warmte door de neveldeeltjes, die vervolgens infraroodstraling uitzenden, de atmosfeer afkoelen door energie de ruimte in te stralen. Het resultaat is een atmosferische temperatuur van ongeveer 70 Kelvin (min 203 graden Celsius, of min 333 graden Fahrenheit), in plaats van de voorspelde 100 Kelvin (min 173 Celsius, of min 280 graden Fahrenheit).

Volgens Zhang, de overtollige infraroodstraling van neveldeeltjes in de atmosfeer van Pluto moet worden gedetecteerd door de James Webb Space Telescope, waardoor de hypothese van zijn team kon worden bevestigd na de geplande lancering van de telescoop in 2019.

Uitgestrekte lagen atmosferische waas zijn te zien op afbeeldingen van Pluto die zijn gemaakt door New Horizons. De waas is het gevolg van chemische reacties in de bovenste atmosfeer, waar ultraviolette straling van de zon stikstof en methaan ioniseert, die reageren om kleine koolwaterstofdeeltjes met een diameter van tientallen nanometers te vormen. Terwijl deze kleine deeltjes door de atmosfeer naar beneden zinken, ze kleven aan elkaar om aggregaten te vormen die groter worden naarmate ze afdalen, uiteindelijk aan de oppervlakte komen.

"We geloven dat deze koolwaterstofdeeltjes gerelateerd zijn aan het roodachtige en bruinachtige spul dat te zien is in afbeeldingen van Pluto's oppervlak, ' zei Zhang.

De onderzoekers zijn geïnteresseerd in het bestuderen van de effecten van neveldeeltjes op de atmosferische energiebalans van andere planetaire lichamen, zoals de maan Triton van Neptunus en de maan Titan van Saturnus. Hun bevindingen kunnen ook relevant zijn voor onderzoek naar exoplaneten met een wazige atmosfeer.

Zhang's co-auteurs zijn Darrell Strobel, een planetaire wetenschapper aan de Johns Hopkins University en mede-onderzoeker van de New Horizons-missie, en Hiroshi Imanaka, een wetenschapper bij NASA Ames Research Center in Mountain View, die de chemie van neveldeeltjes in planetaire atmosferen bestudeert. Dit onderzoek werd gefinancierd door NASA.