Mala astronomía | La atmósfera de Plutón comienza a congelarse

La misión New Horizons al sistema solar exterior sobrevoló Plutón en julio de 2015, tocando su superficie de solo 12.500 kilómetros. después de un viaje de 5 mil millones de kilómetros y volver Imágenes asombrosas y datos del diminuto mundo helado.

La misión fue concebida, diseñada, construida y lanzada en un tiempo récord porque los científicos querían llegar a Plutón lo más rápido posible. ¿Por qué? Debido a que Plutón orbita al Sol en una trayectoria decentemente elíptica, y alrededor del año 1989 era su punto más cercano al Sol. Después de eso, a medida que retrocedía lentamente de su órbita de 248 años, se volvería lentamente más frío. Plutón tiene una atmósfera de nitrógeno increíblemente delgada, solo 1 / 100,000^ns tan grueso como el de la Tierra, pero está ahí. Sin embargo, a medida que bajaba la temperatura, los científicos temían que se congelara cuando llegara una sonda.

Como resulta, lo hicieron justo a tiempo. La atmósfera, tal como está, todavía estaba haciendo su trabajo cuando New Horizons pasó zumbando. Para 2018, sin embargo, había evidencia de que la atmósfera estaba comenzando a condensarse.

El 15 de agosto de 2018, visto desde la Tierra, Plutón pasó directamente frente a la estrella. UCAC4 341-187633, que es solo un poco más brillante que el propio Plutón. Un evento como este se llama ocultación, y estos pueden ser extremadamente útiles para los astrónomos; a veces dando el tamaño Y también la forma del objeto oclusivo.

Para una ocultación, el tiempo y el lugar lo son todo. Hace un camino a través de la Tierra, como un eclipse solar, y dentro de ese camino lo ves mientras que afuera no lo ves. Por la ocultación de Plutón 2018 el límite sur era Belice y Guatemala en América Central, y el límite norte atravesaba el norte de Estados Unidos. La línea central, donde la estrella pasaría a través del centro de Plutón, atravesaba México, la costa del Golfo y luego hacia los estados del Atlántico oriental.

Aquí algunos observadores pudieron medir el brillo de la estrella. Si Plutón no tuviera atmósfera, el brillo de la estrella disminuiría muy rápidamente a medida que el cuerpo sólido del mundo pasara frente a ella. Pero la atmósfera está ahí y en realidad viene lo suficientemente alto desde la superficie, por lo que la estrella se desvaneció gradualmente y volvió a brillar con el tiempo. Esto puede informar a los científicos sobre la estructura vertical de la atmósfera, lo cual es extremadamente útil para caracterizarla.

El gráfico que se muestra en el diagrama aquí también muestra un fuerte aumento en el brillo justo en el medio del evento. El aire se dobla ligeramente, del mismo modo que una cuchara parece estar doblada en un vaso de agua. Esto se llama refracción.. Cuando la estrella estaba exactamente al otro lado de Plutón, directamente detrás del centro de Plutón, el aire alrededor del borde del mundo inclinó la luz de las estrellas hacia el observador, causando lo que se llama un flash central. Si hubiera mirado a través de un telescopio lo suficientemente grande, habría parecido que Plutón estaba rodeado por un anillo de luz brillante. Esto se ve comúnmente en ocultaciones donde el objeto ocluido tiene una atmósfera; pasó con Tritón, la luna de Neptuno Por ejemplo. Este destello también puede decirles mucho a los astrónomos sobre la atmósfera del objeto.

Entonces, ¿Cuáles fueron los resultados? Cuando New Horizons superó a Plutón en 2015, la atmósfera se había vuelto más densa, duplicando la presión superficial cada década. La nave espacial midió una presión en la superficie de aproximadamente 11,5 microbar (11,5 millonésimas de Presión a nivel del mar en la Tierra). Dada la tendencia, la medición de 2018 debía estar por encima de 14 microbar.

No lo fue: la ocultación produjo una presión de 11,4 microbares, casi exactamente la misma que la observada por New Horizons. Esto indica que la tendencia al alza de la presión finalmente se ha detenido.

La atmósfera de Plutón no es como la de la Tierra, donde se ha logrado un equilibrio y la presión permanece relativamente constante.^*. La atmósfera de Plutón se genera calentando el hielo de nitrógeno en la superficie y sublimado, convirtiéndose en gas. La velocidad a la que esto sucede depende en gran medida de la temperatura. La órbita de Plutón lo lleva de 4.5 a 7.5 mil millones de kilómetros del Sol, por lo que recibe casi tres veces más luz solar cuando está en perihelio (más cercano al sol) entonces afelio (cuando está más lejos). Esto significa que cuando comienza a moverse más lejos, la temperatura baja lo suficiente como para detener la sublimación de nitrógeno y el proceso se invierte, y el gas nitrógeno en el aire comienza a congelarse.

¿Pero por qué ahora? Después de todo, ¡Plutón estaba más cerca del Sol casi 30 años antes de la ocultación!

La razón es Inercia térmica. Plutón recibió la máxima cantidad de luz solar en 1989, pero incluso cuando se alejó (muy lentamente) del Sol, todavía recibió luz solar y se calentó más rápido de lo que el calor podría irradiar (bueno, -230 ° C no es exactamente calor pero sabes a lo que me refiero). Así que tomó algún tiempo antes de que pudiera comenzar a enfriarse una vez más. Debe haber comenzado poco después de la llegada de New Horizons.

Buen momento. Notaré que una ocultación en 2015, justo antes del sobrevuelo de New Horizons, mostró cuál era la atmósfera. No colapso, y los resultados se publicaron en 2020 (y publicado a principios de 2021). Así que es gracioso para mí que mientras se analizaban estas observaciones, ¡la ocultación de 2018 ya estaba mostrando que el aire se estaba colapsando! A veces, la ciencia lleva un tiempo y los resultados pueden cruzarse.

Si los resultados de la ocultación de 2018 que muestran que la atmósfera comienza a congelarse son correctos, entonces Plutón finalmente está comenzando a enfriarse después de acercarse lo más posible al Sol. Su órbita lo llevará más lejos a lo largo de las décadas, y cuando llegue al afelio, alrededor de el año 2213, hará frío lo antes posible. La atmósfera se habrá congelado en su mayor parte y probablemente permanecerá congelada durante otro siglo antes de comenzar a hincharse lentamente de nuevo a medida que la escasa luz solar calienta la superficie.

Esperamos haber enviado más sondas (tal vez incluso personas) mucho antes.

^*Allí soy algunas similitudes; ambos son principalmente nitrógeno, e ambos pueden crear cielos azules. Además, el aire de la Tierra se congela un poco; así es como obtenemos nieve. Pero esto pasa en invierno que se debe a la inclinación axial de la Tierra Y no tanto su distancia del sol.