На прошлой неделе в журнале Science было опубликовано несколько статей, посвященных результатам пролета КА «Новые Горизонты» через систему Плутона в июле 2015 года. Одна из статей описывает атмосферу карликовой планеты.


14 июля 2015 года КА «Новые Горизонты» пролетел сквозь систему Плутона, собрав несколько терабайт снимков и научных данных. Примерно половина собранной информации уже отправлена на Землю, вторая половина хранится в памяти бортового компьютера и будет постепенно передаваться в течение ближайших месяцев.

Температурные профили атмосферы Плутона были получены методом радиопросвечивания с помощью инструмента REX. Химический состав определялся ультрафиолетовым спектрографом Alice во время входа космического аппарата в тень Плутона и последующего выхода из нее. В целом характеристики атмосферы согласуются с теми, что были получены при наземных наблюдениях покрытий Плутоном фоновых звезд. Однако было сделано и несколько неожиданных открытий – так, был обнаружена температурная инверсия в атмосфере и протяженная дымка, образующая многочисленные тонкие слои.

Параметры атмосферы в точке входа космического аппарата в радиотень планеты и в точке выхода из радиотени оказались очень близкими. Это означает, что горизонтальные ветра на Плутоне слабы, и динамика атмосферы определяется в основном процессами сублимации и конденсации.

Спектрограф Alice ожидаемо обнаружил в атмосфере Плутона метан и азот. Также были найдены в качестве примесей этилен и ацетилен – продукты фотохимического разложения метана. Прозрачность азота на больших высотах оказалась выше, чем ожидалось, что говорит о более низких температурах верхней атмосферы Плутона. Это, в свою очередь, означает, что темпы диссипации азота из атмосферы Плутона в ~10 тысяч раз ниже, чем считалось до пролета «Новых Горизонтов», притом, что темпы диссипации метана оказались близки к ожидаемым. Низкие темпы потери газов из атмосферы Плутона объясняют отсутствие сколь-нибудь заметной атмосферы у Харона. Однако многочисленные следы мощных процессов сублимации и сублимационной эрозии на поверхности Плутона говорят о том, что в далеком прошлом темпы потери атмосферы были значительно выше. Так, наличие на Хароне темной красноватой северной полярной шапки, возможно, объясняется захватом метана из атмосферы Плутона, отложением его в холодной ловушке у полюсов Харона и последующим фотохимическим разложением с образованием толинов.

Дымка в атмосфере Плутона простирается на большие высоты и состоит из множества отдельных слоев. Оттенок дымки – голубоватый, что говорит о малом (субмикронном) размере ее частиц. Скорее всего, эти частицы состоят из толинов. На снимках лимба планеты можно насчитать до 20 слоев дымки. Отдельные слои расположены примерно горизонтально и тянутся на сотни километров, однако их высота над поверхностью может меняться. Так, на снимке, представленном выше, слой дымки, расположенный на высоте 5 км над поверхностью Плутона в нижней части снимка (отмечен белыми стрелками), постепенно понижается и касается поверхности в правой части снимка.

Оптическая толщина дымки невелика – примерно 0.013 в вертикальном направлении, концентрация частиц у поверхности планеты оценивается в ~0.8 шт. на куб.см.


Атмосферное давление (слева) и температура воздуха (справа) в зависимости от высоты над поверхностью Плутона. Красным цветом показаны данные для точки захода за диск Плутона (с точки зрения земного наблюдателя), синим цветом – данные для точки выхода из-за диска.

Атмосферное давление у поверхности Плутона оказалось равным 11 ± 1 микробар в точке захода за диск и 10 ± 1 микробар в точке выхода из-за диска. Эти величины близки к тем, что были получены в 2012 и 2013 годах по наблюдениям покрытий (11 микробар на расстоянии 1190 км от центра Плутона). Таким образом, за прошедшие несколько лет атмосфера Плутона не претерпела серьезных изменений.

Интересно, что температура воздуха у поверхности существенно меняется от точки к точке. Так, в точке выхода, расположенной вблизи 52° северной широты (т.е. там, где солнце в полдень поднимается в зенит) эта температура оказалась равной 45 ± 3К. Для сравнения, при атмосферном давлении, измеренном на поверхности Плутона, азотный лед будет находиться в равновесии с газообразным азотом при температуре 37К. Это означает, что в точке выхода нет азотного льда, он уже испарился. Напротив, в точке захода температура воздуха на высотах менее 4 км составила 37 ± 3К. Точка захода располагалась близко к равнине Спутника – гигантскому резервуару азотного и угарного льдов. Воздух над равниной Спутника существенно холоднее, поскольку там азотный лед продолжает активно испаряться, отбирая у атмосферных газов скрытую теплоту парообразования.

Измерение прозрачности атмосферы в УФ-диапазоне с помощью спектрографа Alice на волнах 57-64 нм (где непрозрачность определяется азотом) показало, что температура на высотах 850-1400 км не превышает 70К. Чем объясняется такая низкая температура верхней атмосферы – пока неясно.

Авторы исследования оценили современные темпы потери атмосферного азота в 1023 молекул в секунду, а метана – в 5·1025 молекул в секунду. Это соответствует потере за один плутонианский год слоя азотного льда толщиной 3 нм и слоя метанового льда толщиной 1.5 мкм. Экстраполируя эти величины на возраст Солнечной системы, получим 6 см для азотного льда и 28 метров – для метанового льда, однако, скорее всего, раньше темпы потери Плутоном атмосферных газов были значительно выше.

Источник: http://science.sciencemag.org/content/351/6279/aad8866.full
Перевод: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...ec3fd1dc0eee238699086bb8159818