Naukowcy z Southwest Research Institute połączyli dane z misji NASA New Horizons z nowatorskimi eksperymentami laboratoryjnymi i modelowaniem egzosfery, aby ujawnić prawdopodobny skład czerwonej czapki na księżycu Plutona Charonie i jak mogła powstać. Ten pierwszy w historii opis dynamicznej atmosfery metanowej Charona przy użyciu nowych danych eksperymentalnych dostarcza fascynującego wglądu w pochodzenie czerwonej plamy tego księżyca, jak opisano w dwóch niedawnych artykułach.
„Przed New Horizons, najlepsze zdjęcia Plutona z Hubble’a ujawniły tylko rozmytą plamę odbitego światła” – powiedział Randy Gladstone z SwRI, członek zespołu naukowego New Horizons. „Oprócz wszystkich fascynujących cech odkrytych na powierzchni Plutona, przelot w pobliżu ujawnił niezwykłą cechę Charona, zaskakującą czerwoną czapkę wyśrodkowaną na jego biegunie północnym”.
Wkrótce po spotkaniu w 2015 roku naukowcy z New Horizons zaproponowali, że czerwonawy „podobny do tholin” materiał na biegunie Charona może zostać zsyntetyzowany za pomocą światła ultrafioletowego, rozkładającego cząsteczki metanu. Są one przechwytywane po ucieczce z Plutona, a następnie zamrażane na obszarach polarnych Księżyca podczas długich zimowych nocy. Toliny to lepkie pozostałości organiczne powstałe w wyniku reakcji chemicznych zasilanych światłem, w tym przypadku poświata ultrafioletowa Lyman-alfa rozpraszana przez międzyplanetarne cząsteczki wodoru.
„Nasze odkrycia wskazują, że drastyczne sezonowe wzrosty w cienkiej atmosferze Charona, a także światło rozbijające kondensujący się szron metanowy są kluczem do zrozumienia pochodzenia czerwonej strefy polarnej Charona” – powiedział dr Ujjwal Raut z SwRI, główny autor artykułu zatytułowanego „Charon’s”. Fabryka materiałów ogniotrwałych” w czasopiśmie Science Advances. „To jeden z najbardziej ilustracyjnych i jaskrawych przykładów interakcji powierzchnia-atmosfera zaobserwowanych do tej pory na ciele planetarnym”.
Zespół realistycznie odtworzył warunki powierzchni Charona w nowym Centrum Astrofizyki Laboratoryjnej i Badań Kosmicznych SwRI (CLASSE), aby zmierzyć skład i kolor węglowodorów wytwarzanych na zimowej półkuli Charona, gdy metan zamarza pod poświatą Lyman-alfa. Zespół wprowadził pomiary do nowego modelu atmosferycznego Charona, aby pokazać rozpad metanu na pozostałości w północno-biegunowym miejscu Charona.
„Nowe eksperymenty ‘dynamicznej fotolizy’ przeprowadzone przez nasz zespół zapewniły nowe ograniczenia udziału międzyplanetarnej Lyman-alfa w syntezie czerwonej materii Charona” – powiedział Raut. „Nasz eksperyment skondensował metan w komorze ultrawysokiej próżni pod wpływem fotonów Lyman-alfa, aby z dużą wiernością odtworzyć warunki na biegunach Charona”.
Naukowcy z SwRI opracowali również nową symulację komputerową do modelowania cienkiej atmosfery metanowej Charona.
„Model wskazuje na „wybuchowe” sezonowe pulsacje w atmosferze Charona z powodu ekstremalnych zmian warunków podczas długiej podróży Plutona wokół Słońca” – powiedział dr Ben Teolis, główny autor powiązanego artykułu zatytułowanego „Extreme Exospheric Dynamics at Charon: Implications for czerwona plama” w Geophysical Research Letters.
Zespół wprowadził wyniki ultrarealistycznych eksperymentów SwRI do modelu atmosferycznego, aby oszacować rozkład złożonych węglowodorów powstających w wyniku rozkładu metanu pod wpływem światła ultrafioletowego. Model ma strefy polarne generujące głównie etan, bezbarwny materiał, który nie przyczynia się do czerwonawego koloru.
„Uważamy, że promieniowanie jonizujące z wiatru słonecznego rozkłada mróz polarny ugotowany na Lyman-alfa, aby zsyntetyzować coraz bardziej złożone, bardziej czerwone materiały odpowiedzialne za unikalne albedo na tym tajemniczym księżycu” – powiedział Raut. „Etan jest mniej lotny niż metan i pozostaje zamarznięty na powierzchni Charona długo po wiosennym wschodzie słońca. Ekspozycja na wiatr słoneczny może przekształcić etan w trwałe czerwonawe osady powierzchniowe, przyczyniając się do powstania czerwonej czapki Charona”.
„Zespół ma zbadać rolę wiatru słonecznego w tworzeniu się czerwonego bieguna” – powiedział dr Josh Kammer z SwRI, który zapewnił sobie stałe wsparcie programu analizy danych New Frontier NASA.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Instytut Badawczy Południowo-Zachodni. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.