Možeš li da zamisliš da Zemljina atmosfera nestaje sa promenom godišnjih doba? Ipak, upravo to se dešava na Plutonu. Jedna od zanimljivosti ove planete-patuljka jeste da spada u red samo nekoliko tela u solarnom sistemu koja imaju atmosferu. Tačno je da je to vrlo ‘tanka’ tvorevina – nešto što bi mi na Zemlji smatrali vakuumom – ali u svakom slučaju to je peta atmosfera po gustini među svetovima sa čvrstom površinom u našem sistemu. Ispred njega su samo Venera, Titan, Zemlja i Mars, što nije loš rezultat ako pomislimo na hiljade satelita i malih tela koji se okreću oko Sunca. Ali kolika je gustina te atmosfere? Najkraći odgovor je da to niko sa sigurnošću ne zna, te moramo da sačekamo posetu “New Horizonsa” 14. jula da saznamo. Iako će verovatno svi naši teorijski modeli morati da se menjaju nakon suočavanja sa stvarnošću, nije loše da pogledamo šta znamo o atmosferi Plutona.
|
|
|
| “New Horizons” proleće pored Plutona i Harona. | A ova slika je naša predstava Plutonove atmosfere.(NASA) |
Od otkrića 1930. godine, Pluton je smatran suvim svetom, a onda je 1988. otkrivena Plutonova atmosfera. Njenu većinu – približno 99%, mada je tačan procenat još nepoznat – čini molekulski azot, što je normalno obzirom da je azot glavna komponenta zaleđene površine Pored tog elementa, ostatak atmosfere čine metan i ugljenikov monoksid, ali ipak treba da sačekamo NH da bi utvrdili precizan sastav (zemaljski instrumenti bisu dovoljno dobri da bi utvrdili relativnu proporciju komponenti u tamošnjoj atmosferi). Površinski pritisak je sićušan, reda veličine oko 0,01 milibara, ali, i to je ono zapanjujuće, on nije konstantan. Razlog tome je što Pluton prolazi kroz senske varijacije bez presedana tokom skoro svih 248 godina, koliko mu je potrebno da načini krug oko Sunca[1].
Plutonova orbita. Solsticijumi (kratkodnevice) i ekvinocijumi (ravnodnevice) se odnose na južnu poluloptu
(Mike Brown).
Pluton ima veliki ekscentricitet orbite (e = 0,26[2]), što znači da se ne nalazi oduvek na istoj udaljenosti od Sunca. Između najudaljenije tačke – perihela i najbliže tačke – afela, laži skoro 1,45 milijardi kilometara (?)[3]. Kao da to nije dovoljno, osa Plutonove rotacije je snažno nagnuta za ugao od ~123 stepena. Zemlja ima skoro kružnu orbitu[4], te su godišnja doba vezana isključivo za nagib naše planete. Ali to nije slučaj i sa Plutonom, gde kombinacijom ova dva faktora nastaje jedinstven fenomen dvostruke faze.
Faza uzrokovana nagibom ose rotacije ekvivalentna je onoj na Zemlji. U slučaju Plutona, letnji solsticijum se na severnoj polulopti Plutona događa kada se severni pol okrene ka Suncu, što se poslednji put dogodilo 1944. godine. Od tog trenutka, temperatura na severnoj polulopti počel je dramatično da raste jer je rasla i insolacija. Naravno, suprotan proces se pokrenuo na suprotnoj strani. Jesenja ravnodnevica (ekvinocijum), koja se poklapa sa prolećnom ravnodnevicom na južnoj polulopti, dogodila se 1987. godine. Sve ovo do sada opisano je normalno, jer se to isto događa i na našoj planeti. Međutim, ovde nastupa sledeći mehanizam promene godišnjih doba koji zavisi od udaljenosti od Sunca, izazivajući fazu “ekscentriciteta”. To se dogodilo dve godine posle ravnodnevice koja je nastupila čim je Pluton prošao kroz perihel. Nakon toga, globalna temperatura je počela dramatično da raste uprkos tome što južna hemisfera neće proći kroz letnju dugodnevicu (solsticijum) sve do 2029. godine (treba da skrenem pažnju da konvencija “severni” i “južni” pol na Plutonu zavise od literature).
Kakve sve ovo ima veze sa atmosferom? Pa, veruje se da tokom niske insolacije u zavisnosti od temperature i sastava kompletna Plutonova atmosfera leži zaleđena na njegovoj površini. Na osnovu najprostijih modela, gustina atmosfere je polako rasla tokom najvećeg dela XIX i početka XX veka, koincidirajući sa letnjim “solsticijumom” na severnoj polulopti, dostigavši pritisak od približno 10 mikrobara[5]. Nakon toga, pritisak je pao praktično na nulu i onda ponovo počeo da raste tokom druge polovine XX veka, koincidirajući sa letnjim “perihelom”, dostigavši maksimalnu vrednost od 0,1 milibar oko 2000 godine.
Variranje gustine atmosfere na Plutonu. (Frédéric Pont)
Isti ti modeli su predviđali da će se Plutonova atmosfera ponovo zalediti 2015. godine. Bad luck, jer baš ove godine “New Horizons” stiže na cilj! Otuda obaveza Nase da u narednim decenijama lansira novu misiju ka Plutonu. Budući da su svetovi sa atmosferom mnogo interesantniji nego oni bez nje, svi smo odahnuli kada su 2013. opservatorije sa Zemlje pokazale da je Plutonova atmosfera ipak još uvek tamo.
Variranje gustine atmosfere prema najprostijim modelima. Tačke odgovaraju rezultatima osmatranja stelarnih okultacija 2013. godine (Frédéric Pont).
Ovo ne treba da čudi, jer je realnost uvek daleko kompleksnija od teorijskih modela. Odlučujući faktor za određivanje kada će atmosfera Plutona kolabirati predstavlja sposobnost površine planete-patuljka da zadržava toplotu, ili, što mu dođe isto, njegova toplotna, odn. termička inercija. Ona zavisi od površine i veličine čestica. Imajući u vidu ove podatke, naučnici su razvili nove modele koji će biti provereni kada “New Horizons” bude proleteo pored planete. Ako je Plutonova površina formirana pretežno od finih čestica – ili što bi se reklo sa malom termalnom inercijom – trebalo bi očekivati da vidimo polarnu kapu azotnog leda na južnoj polulopti. U suprotnom, moguće je da ugledamo pojas azotnog leda na visokim geografskim širinama, pojavu koja još nikad nije viđena ni na jednom telu solarnog sistema.
Moguća konfiguracija Plutonovih ledenih kapa u zavisnosti od termičke inercije površine. (Frédéric Pont)
Treba li da čekamo 14. juli da bi saznali odgovor? Očigledno ne, jer ako pogledamo poslednje slike “New Horizonsove” kamere LORRI izgleda kao da Pluton poseduje polarnu kapu. Drugim rečima, površina ima nisku termalnu inerciju, što znači da se očekuje da je prekrivena vrlo finom prašinom. Stoga, ne bi bilo iznenađenje da otkrijemo da slabi “vetrovi” nastali u ciklusu sublimacije azota milijardama godina nose te čestice sa polulopte na poluloptui stvaraju jedinstvene oblike. U zavisnosti od dvostrukog ciklusa godišnjih doba, azot se verovatno sublimiše i deponuje kao inje na polovima, ostavljajući možda za sobom naslage sneg i leda metana.
Neke od poslednjih slika Plutona (NASA/JHUALP/SwRI)
Većina modela predviđa da će u vreme posete “New Horizonsa” na Plutonu biti atmosfere, ali ostaje samo pitanje njene gustine. Baš me interesuje da li će neko u komentarima navesti svoje predviđanje. Pored atmosfere, Pluton krije još jednu misteriju: svoju čudnu crvenu boju. Za razliku od Harona, čiji spektar sugeriše dominaciju vodenog i azotnog leda na površini, Plutonova površina je crvenkasta. Zato se veruje da je uzrok tome prisustvo složenih organskih čestica – tolina – nastalih uticajem ultraljubičastog zračenja sa Sunca na metanski i azotni led, ali opet ne možemo biti sigurni dok nam “New Horizons” ne pošalje nove podatke. Na sreću, ostale nam samo još pet nedelja da razrešimo ove misterije – ali u tom procesu sigurno će se pojaviti i mnoge druge.
[1] U mojoj knjizi svojoj knjizi „Velika otkrića i pronalasci koji su promenila istoriju čovečanstva“ koju trenutno nudim na netu, napisao sam da dok Zemlja putuje brzinom od oko 29,78 km/s, Plutun ima prosek od svega 4,77 km/s. Tek 2177. ovaj patuljak će napraviti prvi krug oko Sunca od kada je otkriven. Za to vreme, po zamišljenoj elipsi će prevaliti nepojmljivih 36.530.000.000 km, ili 244,186 AJ.
[2] To je skoro 15 puta više od Zemljinog ekscentriciteta.
[3]Kod Zemlje ta razlika je 21.356 km. Zanimljivo je da se kod Plutona i ovaj podatak znatno razlikuje od izvora do izvora, pa je recimo na Wikipediji skoro duplo veći – 2,87 mld. km. NASA kaže 2,94 mld. km.
[4] Čak i kada bi se putanja nacrtala u takvoj razmeri da joj prečnik bude 1 metar, odstupanje od kružnice ne bi moglo da se biidi golim okom, jer bi odstupanje bilo mnje od debljine linije olovkom kojom je nacrtana.
O ovome sam već napisao zanimljiv text pre jedno desetak godina.
[5] U vreme lansiranja sonde „New Horizons“, vodeći naučnici sveta su pisali da je površinski pritisak na Plutonu ~1,5-3 mikrobara (0,15-0,3 mbara), što sam tada referentno naveo u svojoj pomenutoj knjizi „Velika otkrića i pronalasci ...“. Smatralo se da je temperatura atmosfere oko 44 K, da joj je visina oko 60 km, a da je srednja molekulska težina 16-25 g/mol. Videćemo nove rezultate.
Koliko je debela Plutonova atmosfera?
