NASA-ს ხომალდმა New Horizons-მა პლუტონის მრავალმხრივი კომპლექსურობა დაგვანახა. 2015 წლის 14 ივლისს, კოსმოსურმა ხომალდმა ჯუჯა პლანეტას 12 500 კმ სიმაღლიდან გადაუფრინა. ამ დროს, New Horizons-მა პლუტონის ატმოსფეროსა და ზედაპირის დახასიათება შეძლო.
New Horizons-მა სხვა მრავალი რამის გარდა ასევე დაინახა თოვლით დაფარული მთების რეგიონიც. აქ, დედამიწაზე, რაც უფრო მაღლა ადიხარ, მით უფრო ცივა, რაც კარგად ხსნის მთებზე თოვლის არსებობას.
თუმცა, პლუტონზე ტემპერატურა პირიქითაა — მაღლა უფრო თბილა, ვიდრე დაბლა.
ამის მიზეზი მზის რადიაციაა. საშუალო ატმოსფერული ტემპერატურა მაღლა ათობით გრადუსით მაღალია, ვიდრე ზედაპირზე.
რატომ?
ახალი კვლევის ფარგლებში, ამ კითხვაზე პასუხის გაცემას საფრანგეთის სამეცნიერო კვლევების ეროვნული ცენტრის მკვლევართა ჯგუფი შეეცადა.
New Horizons-მა თოვლი დააფიქსირა პლანეტის ეკვატორთან, კთულჰუ-მაკულას რეგიონის ორ ქედზე.
პლუტონის თოვლი დედამიწისას სულ არ ჰგავს — ის გაყინული მეთანია და არა წყალი.
თუ გავითვალისწინებთ, რომ პლუტონი გაყინული სხეულია ძალიან თხელი ატმოსფეროთი და მასში არსებული ძალიან ცოტა მეთანით, საინტერესოა, როგორ წარმოქმნის ის თოვლს მთების მწვერვალებზე?
დედამიწაზე, სიმაღლის მატებასთან ერთად ტემპერატურა ადიაბატური პროცესის გამო ეცემა. როდესაც ჰაერი მწვერვალის გასწვრივ მაღლა მიდის, უფრო ვრცელდება, რაც მის გაციებას იწვევს.
საპირისპირო ხდება ჰაერის დაბლა დაშვებისას — ის თბება. როდესაც მაღლა ტენიანი ჰაერი ადის და საკმარისად ცივდება, კონდენსირდება და იწყება თოვა. ეს ფენომენი დედამიწისთვის საკმაოდ დამახასიათებელია, მაგრამ ვერ ხსნის თოვლის არსებობას პლუტონზე.
იმის გასარკვევად, როგორ ხვდება მეთანის თოვლი პლუტონის მთებზე, მკვლევართა ჯგუფმა კლიმატური მოდელი გამოიყენა. პლუტონის თხელი ატმოსფერო ძირითადად აზოტისგან შედგება, არის მცირე ოდენობით მეთანი და ნახშირჟანგიც. ასეთი მცირე ოდენობის მეთანით ამ ოდენობის თოვლის წარმოქმნა შეუძლებელი ჩანს.
თუმცა, კლიმატურ მოდელთან მუშაობისას, მკვლევრებმა განსაზღვრეს, რომ სიმაღლეში მეთანის კონცენტრაციას ახდენს პლუტონის ატმოსფეროს დინამიკა. თოვლის წარმოქმნისთვის საკმარისი მეთანი იქ მხოლოდ მთების მწვერვალებთან არის. დაბლა ამისათვის საკმარისი მეთანი უბრალოდ არ არის.
გამომდინარე იქიდან, რომ პლუტონს დედამიწის მსგავსი სქელი, საიზოლაციო ატმოსფერო არ აქვს, მზის რადიაციის გამო, ჯუჯა პლანეტა მაღლა უფრო თბილია, რადგან სითბოს ატმოსფეროში არსებული მეთანი შთანთქავს.
ამას ეფექტი აქვს პირველი რამდენიმე კილომეტრის სიმაღლეზე. მეთანის მიერ სითბოს შთანთქმის ეს პროცესი არ მიმდინარეობს იმ ზონებში, სადაც ზედაპირზე აზოტის ყინულია, რადგან ხდება მისი აორთქლება (სუბლიმაცია) და ატმოსფეროს პირველი რამდენიმე კილომეტრის გაციება.
პლუტონის ატმოსფერო ზედმეტად თხელია და პლანეტის ზედაპირი ვერ თბება; შესაბამისად, როდესაც ზედაპირზე გაყინული აზოტი არ არის, ჩნდება „ადგილობრივი რადიაციული ბალანსი“. ეს ბალანსი სიმაღლისგან დამოუკიდებელია და უფრო ცივია, ვიდრე ატმოსფერო მის თავზე.
შედეგად, ზედაპირის სიახლოვეს ჰაერი ცივდება, მკვრივდება და დაბლა მიიწევს. სხვა მკვლევართა მიერ ჩატარებულმა კლიმატურმა სიმულაციებმა აჩვენა, რომ ეს მექანიზმი მთელ პლუტონზეა წარმოდგენილი და მოქმედებს დღის ყველა მონაკვეთში.
შედეგი ის არის, რომ პლუტონზე დომინირებს ზემოდან ქვემოთ მქროლი ქარები. სწორედ ამიტომ არის მისი თოვლის წარმოქმნა ასეთი გამოცანა, რადგან სრულიად განსხვავდება დედამიწისგან, სადაც ჰაერი მაღლა ასვლისას ცივდება და თავის ტენს მთებზე თოვლის სახით გამოყოფს.
როგორც მკვლევართა ჯგუფმა დაადგინა, პლუტონის ატმოსფერო ისე ცირკულირებს, რომ მეთანი მაღლა კონცენტრირდება. ეს ცირკულაცია სეზონურია და წარმართავს ზედაპირზე მიმდინარე სუბლიმაცია.
ავტორები ამ პროცესს „სუბმილაციის მიერ სტიმულირებულ ცირკულაციურ უჯრედს“ უწოდებენ. როდესაც მეთანი უფრო კონცენტრირებული ხდება, აღწევს გაჯერების წერტილს და მთების ზედაპირზე თოვლის სახით მოდის.
არსებობს ერთგვარი უკუკავშირიც. როცა მეთანის თოვლი მთებს ფარავს, იზრდება ალბედო, ანუ არეკვლის მაჩვენებელი, რაც კიდევ უფრო მეტ გაციებას იწვევს. სიცივესთან ერთად მეთანის კიდევ უფრო მეტი თოვლი მოდის.
„საერთო ჯამში, ჩვენი მოდელის მიხედვით, პლუტონის მწვერვალებზე CH4-ის თოვლის წარმოქმნას მართავს დედამიწაზე თოვლის წარმოქმნისგან სრულიად განსხვავებული მექანიზმი. აღსანიშნავია, რომ ერთმანეთისგან სრულიად განსხვავებული ორი ფენომენი და მასალა იგივე ლანდშაფტს წარმოქმნის, როცა იმავე რეზოლუციით აკვირდები“, — წერს ჯგუფი.
ეს პლუტონის კომპლექსურობის კიდევ ერთი მაგალითია. იქამდე, ვიდრე ჯუჯა პლანეტას New Horizons-ი გადაუფრენდა, წარმოდგენა არ გვქონდა, რამდენად კომპლექსური შეიძლება ყოფილიყო მისი ზედაპირი, ატმოსფერო და კლიმატი. მეცნიერები ამ მისიის მიერ შეგროვებულ მონაცემებზე ჯერ კიდევ მუშაობენ და შეიძლება, წინ კიდევ მრავალი ამაღელვებელი აღმოჩენა გველოდება.
ამასობაში ვრცელდება ხმები კიდევ ერთი ახალი მისიის შესახებ. New Horizons-მა ჯუჯა პლანეტას მხოლოდ ერთხელ გადაუფრინა და შესაბამისად, გვაქვს მხოლოდ მისი ერთი მხარის მონაცემები.
მისიის ხელმძღვანელის, ალან შტერნის განცხადებით, შემდეგი ნაბიჯი უნდა იყოს ხომალდის გაგზავნა პლუტონის ორბიტაზე; მისიაში შეიძლება იყოს ზონდიც, რომელიც პლუტონის ზედაპირზე დაჯდება.
კვლევა ჟურნალ Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია Universe Today-ს მიხედვით.
