Wetenschappers van het Southwest Research Institute combineerden gegevens van NASA's New Horizons-missie met nieuwe laboratoriumexperimenten en exosferische modellering om de waarschijnlijke samenstelling van de rode dop op Pluto's maan Charon te onthullen en hoe deze mogelijk is gevormd. Deze allereerste beschrijving van Charon's dynamische methaanatmosfeer met behulp van nieuwe experimentele gegevens biedt een fascinerende blik in de oorsprong van de rode vlek van deze maan, zoals beschreven in twee recente artikelen.

"Voorafgaand aan New Horizons onthulden de beste Hubble-afbeeldingen van Pluto slechts een vage klodder gereflecteerd licht", zegt Randy Gladstone van SwRI, een lid van het New Horizons-wetenschappelijke team. "Naast alle fascinerende kenmerken die op het oppervlak van Pluto zijn ontdekt, onthulde de flyby een ongewoon kenmerk op Charon, een verrassende rode dop gecentreerd op zijn noordpool."

Kort na de ontmoeting in 2015 stelden New Horizons-wetenschappers voor dat een roodachtig "tholin-achtig" materiaal aan de pool van Charon zou kunnen worden gesynthetiseerd door ultraviolet licht dat methaanmoleculen afbreekt. Deze worden gevangen nadat ze uit Pluto zijn ontsnapt en vervolgens tijdens hun lange winternachten op de poolgebieden van de maan bevroren. Tholins zijn kleverige organische resten die worden gevormd door chemische reacties die worden aangedreven door licht, in dit geval de Lyman-alfa-ultraviolette gloed die wordt verstrooid door interplanetaire waterstofmoleculen.

"Onze bevindingen geven aan dat drastische seizoensschommelingen in de dunne atmosfeer van Charon, evenals licht dat de condenserende methaanvorst afbreekt, de sleutel zijn tot het begrijpen van de oorsprong van de rode poolzone van Charon", zegt Dr. Ujjwal Raut van SwRI, hoofdauteur van een paper getiteld "Charon's Refractory Factory" in het tijdschrift Science Advances . "Dit is een van de meest illustratieve en grimmige voorbeelden van interacties tussen het oppervlak en de atmosfeer die tot nu toe zijn waargenomen bij een planetair lichaam."

Het team repliceerde op realistische wijze de oppervlaktecondities van Charon in het nieuwe Center for Laboratory Astrophysics and Space Science Experiments (CLASSE) van SwRI om de samenstelling en kleur te meten van koolwaterstoffen die op het winterhalfrond van Charon worden geproduceerd terwijl methaan bevriest onder de Lyman-alpha-gloed. Het team voerde de metingen in een nieuw atmosferisch model van Charon in om te laten zien dat methaan op de noordpoolvlek van Charon in residu uiteenvalt.

"De nieuwe 'dynamische fotolyse'-experimenten van ons team hebben nieuwe limieten opgeleverd voor de bijdrage van interplanetaire Lyman-alfa aan de synthese van Charon's rode materiaal," zei Raut. "Ons experiment condenseerde methaan in een ultrahoogvacuümkamer onder blootstelling aan Lyman-alpha-fotonen om de omstandigheden aan de polen van Charon met hoge betrouwbaarheid te repliceren."

SwRI-wetenschappers ontwikkelden ook een nieuwe computersimulatie om de dunne methaanatmosfeer van Charon te modelleren.

"Het model wijst op 'explosieve' seizoenspulsaties in de atmosfeer van Charon als gevolg van extreme verschuivingen in omstandigheden tijdens Pluto's lange reis rond de zon", zegt Dr. Ben Teolis, hoofdauteur van een gerelateerd artikel getiteld "Extreme Exospheric Dynamics at Charon:Implications for de rode vlek" in Geophysical Research Letters .

Het team heeft de resultaten van SwRI's ultrarealistische experimenten in het atmosferische model ingevoerd om de verdeling te schatten van complexe koolwaterstoffen die ontstaan ​​uit de afbraak van methaan onder invloed van ultraviolet licht. Het model heeft poolzones die voornamelijk ethaan genereren, een kleurloos materiaal dat niet bijdraagt ​​aan een roodachtige kleur.

"We denken dat ioniserende straling van de zonnewind de Lyman-alfa-gekookte poolvorst ontleedt om steeds complexere, rodere materialen te synthetiseren die verantwoordelijk zijn voor het unieke albedo op deze raadselachtige maan," zei Raut. "Ethaan is minder vluchtig dan methaan en blijft lang na de lentezonsopgang aan het oppervlak van Charon bevroren. Blootstelling aan de zonnewind kan ethaan omzetten in aanhoudende roodachtige oppervlakteafzettingen die bijdragen aan de rode dop van Charon."

"Het team is van plan om de rol van zonnewind bij de vorming van de rode pool te onderzoeken", zei Dr. Josh Kammer van SwRI, die voortdurende steun kreeg van NASA's New Frontier Data Analysis Program. + Verder verkennen

Pluto 'verft' zijn grootste maan Charon rood