Nowe spojrzenie na lodowce Plutona

Pluton jest podobny do Marsa: choć mechanizmy kondensacji atmosferycznej na obszarach nizinnych nie występują na Ziemi, znane są już na Marsie, gdzie dwutlenek węgla z atmosfery kondensuje się na powierzchni, tak jak azot na Plutonie. Podczas marsjańskiej zimy i wiosny, suchy lód pokrywa dno krateru Hellas, który tak jak Sputnik Planum znajduje się kilka tysięcy metrów poniżej poziomu otaczającego go terenu.
Pluton jest podobny do Marsa: choć mechanizmy kondensacji atmosferycznej na obszarach nizinnych nie występują na Ziemi, znane są już na Marsie, gdzie dwutlenek węgla z atmosfery kondensuje się na powierzchni, tak jak azot na Plutonie. Podczas marsjańskiej zimy i wiosny, suchy lód pokrywa dno krateru Hellas, który tak jak Sputnik Planum znajduje się kilka tysięcy metrów poniżej poziomu otaczającego go terenu.

Skąd się wziął potężny lodowiec azotowy o kształcie serca, który sonda New Horizons dostrzegła w 2015 roku na Plutonie? Dwóch badaczy z Laboratoire de meteoroligie dynamique (CNRS/Ecole polytchenique/UPMC/ENS Paris) wykazało, że osobliwa izolacja i atmosfera Plutona preferuje kondensację azotu w pobliżu równika, na obszarach nizinnych, prowadząc do akumulacji lodu u podłoża równiny Sputnik Planum.  Poprzez symulacje naukowcy wytłumaczyli także rozkład na powierzchni i obfitość atmosferyczną innych typów materiałów lotnych zaobserwowanych na Plutonie. Wyniki badań opublikowane zostały w periodyku Nature 19 września 2016 roku.

Pluton jest istnym rajem dla glacjologów. Pośród różnych typów lodu pokrywających powierzchnię Plutona – azot jest najbardziej lotny: gdy sublimuje (w temperaturze -235 stopni Celsjusza) tworzy cienką atmosferę, która pozostaje w równowadze z zasobami lodu pozostającymi na powierzchni.  Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć sondy New Horizons, która przeleciała w pobliżu Plutona 14 lipca 2015 roku, jest fakt, że zasoby stałego azotu na powierzchni są niesamowicie masywne i skupione w dużej mierze na obszarze zwanym Sputnik Planum. Także szron metanowy obserwowany jest na całej północnej półkuli Plutona – za wyjątkiem równika, a tlenek węgla w stanie stałym w mniejszej ilości został zarejestrowany tylko na równinie Sputnik Planum.

Jak dotąd, rozkład lodu na powierzchni Plutona nie miał odpowiedniego uzasadnienia. Aby lepiej zrozumieć procesy fizyczne zachodzące na Plutonie, badacze opracowali numeryczny model termalny powierzchni tej planety karłowatej, który potrafił zasymulować cykle gromadzenia się azotu, metanu i tlenku węgla na przestrzeni tysięcy lat, Następnie wyniki symulacji zostały porównane z obserwacjami wykonanymi przez sondę New Horizons.  Opracowany przez naukowców model wskazuje, że równowaga między azotem w stanie gazowym i stałym odpowiedzialna jest za uwięzienie lodu na równinie Sputnik Planum. U podstawy niziny ciśnienie atmosferyczne – a tym samym ciśnienie gazowego azotu – wzrasta, a tym samym odpowiadająca mu temperatura zamarzania jest wyższa niż poza obszarem nizinnym, dlatego też azot kondensuje w lód. Symulacje wskazują, że lód azotowy z czasem akumuluje się w tym obszarze tworząc trwałe zasoby lodu obserwowane przez sondę New Horizons.

Pluton obserwowany przez sondę New Horizons w lipcu 2015 roku (po lewej) oraz wyniki modelowania numerycznego (po prawej). Źródło: Laboratoire de mterologie dynamique/NASA/JHUAPL/SwRI
Pluton obserwowany przez sondę New Horizons w lipcu 2015 roku (po lewej) oraz wyniki modelowania numerycznego (po prawej). Źródło: Laboratoire de mterologie dynamique/NASA/JHUAPL/SwRI

Symulacje numeryczne pozwoliły także na opisanie cyklu życia metanu i tlenku węgla. Z uwagi na podobieństwo do azotu, tlenek węgla w stanie stałym znajduje się dokładnie w tym samym miejscu co azot – co zgadza się z pomiarami wykonanymi przez sondę New Horizons. Jeżeli natomiast chodzi o lód metanowy, jego niższa lotność w temperaturach panujących na Plutonie pozwalają na jego obecność także na innych obszarach Plutona. Model wskazuje, że czysty lód metanowy okresowo pokrywa obie półkule Plutona – co także zgadza się z obserwacjami przeprowadzonymi przez sondę New Horizons.

Tego typu scenariusz dowodzi, że do wytłumaczenia formacji lodowca Sputnik Planum nie potrzeba wewnętrznych zapasów lodu azotowego, na co wskazywały poprzednie badania.

Źródło: CNRS