Атмосфера Плутона и ее состав

Солнечная система

Атмосфера Плутона была обнаружена в 1988 году во время покрытия планетой одной из звезд. Суть этого явления проста. Двигаясь по орбите, Плутон на некоторое время закрыл от нас далекую звезду. Оказалось, что во время события яркость светила падала не резко, а постепенно. Причиной тому был слой атмосферы, который частично поглощал свет звезды. (Точно так же постепенно ослабляется блеск звезд, когда они клонятся к закату на нашем небе.)

открытие атмосферы Плутона
Рисунок, иллюстрирующий то, как атмосфера Плутона повлияла на яркость звезды. Источник: John Hopkins Laboratory

Состав атмосферы Плутона

В 2015 году мимо карликовой планеты пролетел зонд «Новые горизонты». Его данные позволили ученым детально исследовать состав и строение атмосферы Плутона.

Основной газ в атмосфере Плутона — молекулярный азот (N2). В этом воздушная оболочка карликовой планеты похожа на земную или на воздушную оболочку Титана. Азот составляет 99% атмосферы по объему.

В небольших количествах в атмосфере также содержится метан (CH4) и угарный газ (CO). Кроме того в следовых количествах присутствуют сложные органические соединения: синильная кислота (HCN), этан (C2H6), ацетилен (C2H2) и другие соединения.

Атмосфера Плутона очень разрежена. Давление на поверхности карликовой планеты составляет 1 Паскаль — в 100000 раз меньше земного! Примерно такое же давление будет создавать воздух на высоте 85 км над Землей.

Синее небо Плутона

Одно из наиболее удивительных открытий заключается в том, что Плутон со всех сторон окружен голубоватой дымкой. Она прекрасна видна на тех фотографиях, которые зонд сделал после встречи с Плутоном, когда карликовая планета была освещена Солнцем сзади.

синее небо Плутона
Голубая дымка Плутона. Этот снимок был сделан, когда зонд New Horizons удалялся от карликовой планеты. Солнце, скрытое на фотографии за диском Плутона, высвечивает дымку, которая состоит из органических соединений, таких как ацетилен и этилен. Аэрозоли плавают на высотах до 200 км над поверхностью. Фото: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Дымка простирается до высоты 300 км над поверхностью Плутона. (На поверхности также нередки туманы.) Синий оттенок придают ей сложные органические молекулы — толины. Хотя толины, плавающие в атмосфере, сами по себе красноватые, они хорошо рассеивают голубой и синий цвета. Совсем как кислород и азот в атмосфере Земли! В конце концов толины оседают на поверхности Плутона, окрашивая ее в буро-оранжевый цвет.

Кажется странным, что такое небольшое тело, как Плутон, может иметь атмосферу. На первый взгляд это тем более удивительно, что ни Луна, ни даже планета Меркурий атмосферы практически не имеют, хотя они гораздо массивнее и больше Плутона. Однако этому есть объяснение. И Луна, и Меркурий находятся близко к Солнцу. Поэтому молекулы любых газов у их поверхности разогреваются настолько, что преодолевают силу притяжения этих тел и улетучиваются в космос. Плутон же находится далеко; в холоде и мраке энергии молекул воздуха недостаточно, и они плавают над поверхностью планеты.

Насколько велика атмосфера Плутона?

Хотя атмосфера Плутона и чрезвычайно разрежена, зонд «Новые горизонты» нашел ее следы на расстоянии более 1000 км от поверхности планеты! Но это не предел. Астрономы уверены, что она распространяется на расстояния, в 7 раз больше радиуса Плутона!

атмосфера Плутона в сравнении с земной
Сравнение размеров атмосфер Плутона и Земли. Источник: John Hopkins Applied Physics Laboratory

Говоря об объеме пространства, которое занимает атмосфера на Плутоне, планетологи приводят следующий пример. Атмосфера Земли имеет шкалу высоты — то есть толщину, если сжать атмосферу до однородного давления и плотности, — примерно 10 километров. В то же время радиус Земли составляет 6370 километров. Следовательно, толщина однородной земной атмосферы очень мала и составляет всего 0,17% от радиуса нашей планеты. При этом внешние слои атмосферы Земли прослеживаются на высотах около 600 км (0,1 радиуса Земли).

А что Плутон? Шкала высоты его атмосферы составляет около 50 километров, то есть почти 5% от его 1188-километрового радиуса. С учетом же самых внешних слоев может оказаться, что объем пространства, которое занимает атмосфера Плутона, более чем в 350 раз превышает объем самого Плутона!

Погода на Плутоне

Считается, что атмосфера Плутона образована путем таяния поверхностных льдов. Когда планета приближается к Солнцу, она немного разогревается. Этого тепла хватает для того, чтобы частично испарить лед на ее поверхности. Из него получается атмосфера. При удалении от Солнца лед перестает испаряться и пополнять атмосферу газом. В результате бо́льшая часть атмосферы Плутона улетучивается в космос, а оставшаяся часть замерзает. Воздушная оболочка практически исчезает.

Тем не менее, пока у Плутона есть атмосфера, на планете, по-видимому, могут дуть сильные ветры! Более того, В 2016 году ученые объявили, что они могли обнаружить облака! Используя данные New Horizons, исследователи увидели семь ярких деталей вблизи терминатора. Именно на границе между дневным светом и темнотой обычно и формируются облака. Все объекты расположены на небольшой высоте и примерно одинакового размера. Если это действительно облака, то состоят они, скорее всего, из ацетилена, этана и цианистого водорода.

облака на Плутоне
Кандидаты в облака, найденные на снимках Плутона. Фото: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Также существует гипотеза, что в далеком прошлом атмосфера Плутона была гораздо плотнее. Так, «Новые горизонты» сфотографировал замерзшее озеро в регионе Томбо, рядом с которым, похоже, находятся древние каналы. Если это действительно так, то когда-то Плутон мог поддерживать на своей поверхности существование жидкостей. Для этого атмосфера должна была быть примерно в 40 раз толще, чем на Марсе.

Загадка атмосферы Плутона

Плутон по своим характеристикам очень напоминает Тритон, крупнейший спутник Нептуна. Похожи по составу и атмосферы у этих тел. Однако атмосфера Плутона гораздо толще, хотя Тритон массивнее. Так как Плутон в настоящее время удаляется от Солнца, то астрономы предполагали, что большая часть азота из атмосферы Плутона уже улетучилась в космос, либо замерзла. Однако в 2015 году миссия «Новые горизонты» обнаружила, что планета сохранила на удивление плотную дымку.

Откуда она взялась? Ученые предположили, что ее что-то подпитывает. Например, атмосферу того же Тритона постоянно подпитывают гейзеры и криовулканы. Может быть, на Плутоне действуют свои гейзеры? Косвенным подтверждением этого служат участки совсем молодой поверхности, на которых совсем нет кратеров. Они могли появиться в результате тектонической деятельности.

Атмосфера Плутона: количественные характеристики

Давление на поверхности: ~13 микробар или ~1 Па
Температура поверхности: 24 — 38 K (-247 — -233° C)
Шкала высоты: ~50 км
Средняя молекулярная масса: ~28
Состав атмосферы: 99% азот (N2), 0,5% метан (CH4), 0,05% угарный газ (CO), следы HCN, C2Hx углеводородов

Оцените статью
Добавить комментарий