Pluton ilmakehä on harvinaistunut kaasukerros , joka ympäröi Plutoa . Koostuu sen pinnalta haihtuvista aineista: typestä (N 2 ) ja metaaniepäpuhtauksista (CH 4 ) ja hiilimonoksidista (CO) [1] [2] . Se sisältää kerrostetun sameuden, joka todennäköisesti koostuu monimutkaisemmista yhdisteistä, jotka muodostuvat näistä kaasuista korkeaenergisen säteilyn vaikutuksesta [3] . Se on huomionarvoinen voimakkaista ja täysin selittämättömistä vuodenaikojen muutoksista, jotka johtuvat Pluton kiertoradan ja aksiaalikierron erityispiirteistä [1] .
Ilmakehän paine lähellä Pluton pintaa on noin 1 Pa (10 μbar ) vuonna 2015, noin 100 000 kertaa vähemmän kuin maan päällä . Pinnan lämpötila on 40-60 K [1] , mutta se kasvaa nopeasti korkeuden mukana metaanin aiheuttaman kasvihuoneilmiön vuoksi . 20-30 km korkeudessa lämpötila saavuttaa 110 K ja laskee sitten hitaasti [4] [5] .
Pluto on ainoa transneptuninen esine , jolla on ilmakehä [4] . Sen lähin analogi on Tritonin ilmakehä , ja se muistuttaa eräiltä osin jopa Marsin ilmakehää [6] [7] .
Pluton ilmakehää on tutkittu 1980-luvulta lähtien käyttämällä maanpäällisiä havaintoja sen tähtien peittämisestä [ 8] [9] sekä spektroskooppisia menetelmiä [10] . Vuonna 2015 sitä tutki lähietäisyydeltä New Horizons -avaruusalus [2] [5] .
Pluton ilmakehän pääkomponentti on typpi . Metaanin pitoisuus New Horizons -laitteen mittausten mukaan on 0,25 % [2] (maanhavaintojen mukaan vuonna 2008 saatiin arvot 0,4-0,6 % [11] ja 0,3-0,4 % vuonna 2008. 2012 [6] ). Hiilimonoksidipitoisuudelle on maanpäällisistä havainnoista tehtyjä arvioita 0,025–0,15 % (2010) [12] ja 0,05–0,075 % (2015) [13] . Korkeaenergisen kosmisen säteilyn vaikutuksesta nämä kaasut muodostavat monimutkaisempia yhdisteitä, jotka ovat haihtumattomia Pluton pintalämpötiloissa [14] [15] ja laskeutuvat vähitellen siihen. Niihin kuuluvat etaani (C 2 H 6 ), eteeni ( C 2 H 4 ), asetyleeni (C 2 H 2 ), raskaammat hiilivedyt ja nitriilit [3] [16] [17] , vetysyanidi (HCN) [18] ja myös toliinin makromolekyyliyhdisteitä , jotka antavat Plutolle (samoin kuin joillekin muille ulkoisen aurinkokunnan kappaleille) ruskehtavan värin [2] [19] . Eteenille ja asetyleenille on tehty New Horizonsin tietojen mukaan pitoisuusarviot: 0,0001 % ja 0,0003 % [2] .
Pluton ilmakehän haihtuvin komponentti on typpi, seuraava on hiilimonoksidi ja kolmanneksi haihtuvin metaani. Haihtuvuuden indikaattori on kyllästymishöyryn paine . 40 K :n lämpötilassa (lähellä Pluton pinnan minimiarvoa [1] ) se on noin 10 Pa typelle, 1 Pa hiilimonoksidille ja 0,001 Pa metaanille. Lämpötilan noustessa kylläisen höyryn paine kasvaa nopeasti ja 60 K :ssa (lähellä maksimiarvoa) [1] lähestyy arvoa 10000 Pa , 3000 Pa ja 10 Pa . Metaania raskaammilla hiilivedyillä sekä hiilidioksidilla se pysyy merkityksettömänä (luokkaa 10 -5 Pa tai jopa pienempi), mikä tarkoittaa, että niillä ei ole käytännössä lainkaan haihtuvuutta Pluton olosuhteissa (ainakaan kylmissä alhaisissa kerroksissa). ilmapiiri). Vesi , ammoniakki ja vetysyanidi ovat haihtumattomia jopa 100 K :n lämpötiloissa , mikä on tyypillistä yläilmakehän yläkerralle [15] [14] .
Pluton ilmakehän pienten komponenttien osalta voimme odottaa suurempia poikkeamia tasapainosta pinnan jään kanssa kuin typen osalta sekä suurempia ajallisia ja alueellisia pitoisuuksien vaihteluita. Ainakin metaanin riippuvuutta ei kuitenkaan voitu luotettavasti havaita korkeudesta (vähintään 20-30 km pinnasta), pituusasteesta tai ajasta [6] [20] . Mutta kun Pluto poistetaan auringosta, sekä absoluuttisen että suhteellisen metaanin pitoisuuden pitäisi laskea, mikä osoittaa sen ja typen fugasiteettien riippuvuuden lämpötilasta [15] [20] [21] . On huomionarvoista, että havaittu metaanin pitoisuus on kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin Raoultin lailla laskettu pitoisuus, joka perustuu sen pitoisuuteen pintajäässä sekä metaanin ja typen tyydyttyneiden höyrynpaineiden suhteeseen [6] [22] . Syitä tähän eroon ei tunneta. Se voi johtua siitä, että pinnalla on erillisiä suhteellisen puhtaan metaanijään alueita tai tavallisen sekajään pintakerroksen lisääntyneestä metaanipitoisuudesta [6] [21] .
Auringonvalon määrän kausivaihtelut johtavat pintajään kulkeutumiseen: paikoin jää sublimoituu ja toisaalla tiivistyy. Joidenkin arvioiden mukaan jään paksuuden vaihtelut ovat metrin luokkaa [9] . Tämä (yhdessä kulman muutoksen kanssa) johtaa merkittäviin muutoksiin Pluton kirkkaudessa ja värissä [6] .
Metaani ja hiilimonoksidi vaikuttavat vähäisestä pitoisuudestaan huolimatta merkittävästi ilmakehän lämpötilaan: metaani nostaa sitä huomattavasti kasvihuoneilmiön vuoksi [11] ja hiilimonoksidi alentaa sitä kasvihuoneilmiön vastaisen vaikutuksen vuoksi (vaikkakin tämän jäähtymisen voimakkuus). ei tiedetä tarkasti) [4] [12] .
New Horizons -avaruusalus on löytänyt Pluton ilmakehästä sinisen kerrostetun sumun, joka ympäröi koko kääpiöplaneetan. Kuvissa se on näkyvissä yli 200 km :n korkeudelle ja se rekisteröitiin ultraviolettispektrometrillä 300 km :n korkeuteen asti [24] . Parhaat kuvat näyttävät noin 20 kerrosta. Niiden vaakasuora leveys ylittää 1000 km; saman kerroksen korkeus eri paikoissa voi vaihdella [5] . Pohjoisen napa-alueen yläpuolella sumu on 2-3 kertaa tiheämpää kuin päiväntasaajan yläpuolella [24] . Kerrosten paksuus on 1 - yli 10 km [24] , ja niiden välinen pystyetäisyys on noin 10 km [5] .
Huolimatta ilmakehän erittäin alhaisesta tiheydestä, usva on varsin havaittavissa: sen hajottaman valon ansiosta oli mahdollista saada jopa joitain yksityiskohtia Pluton yöpuolelta [25] . Paikoin sumussa näkyy vuorten pitkiä varjoja [24] . Sen normaalille optiselle paksuudelle on arvioitu arvoksi 0,004 [2] tai 0,013 [5] (siis pystysuora valonsäde siinä on vaimentunut :lla tai ; vaimennussäteen tapauksessa vaimennus on paljon suurempi). Sumun korkeusasteikko (korkeus, jossa sen tiheys pienenee kertoimella e ) on 45–55 km [2] [5] , mikä on suunnilleen sama kuin painekorkeusasteikko ilmakehän keskiosassa [8] . 100–200 km :n korkeudessa se laskee 30 km: iin [5] .
Sumuhiukkasten koko on epäselvä. Sininen väri osoittaa 10 nm luokkaa olevan hiukkassäteen , mutta eri vaihekulmien kirkkaussuhde osoittaa yli 100 nm:n säteen. Tämä ero voidaan selittää pienten (kymmenien nm) hiukkasten tarttumisesta suurempiin (satoja nm) muodostelmiin [5] . Tällaisten aggregaattien tyypilliseksi kooksi 45 km:n korkeudella arvioidaan 150 nm [26] .
Todennäköisesti sameus koostuu haihtumattomien aineiden hiukkasista, jotka muodostuvat ilmakehän kaasuista kosmisten säteiden vaikutuksesta ja laskeutuvat vähitellen pinnalle [2] [3] [27] . Laskeutumisaika mitataan Maan päivinä tai viikkoina [24] . Sumukerrostumista selittää gravitaatioaallot (niiden olemassaolon vahvistavat pinnoitteista tehdyt havainnot ) [28] [2] . Aaltoja puolestaan voi aiheuttaa tuuli, joka puhaltaa Pluton epätasaisen pinnan yli [5] .
Todennäköisesti usva aiheuttaa katkon auringon säteilyn voimakkuuden aikariippuvuuden käyrään, jonka New Horizons -laite on saanut Pluton varjon läpi lentäessään: alle 150 km ilmakehä absorboi paljon voimakkaammin kuin korkeissa korkeuksissa. Samanlainen katkos havaittiin myös tähden peittämisen aikana vuonna 1988, ja alun perin se selitettiin myös sumun aiheuttamalla valon vaimenemisella [29] , mutta New Horizons -tietojen ilmestymisen jälkeen havaittiin, että se syntyi pääasiassa lämpötilan nopeaan nousuun korkeuden myötä alempien kerrosten ilmakehässä [24] . Kun tähtiä peitettiin edelleen (kun Pluton ilmakehä oli jo ≥2 kertaa tiheämpi), tämä katkeaminen puuttui melkein tai kokonaan [4] [8] [30] [1] .
Toinen epäilty merkki sameasta havaittiin vuoden 2002 uutisoinnin aikana. Kun Pluto oli jo peittänyt tähden, osa sen valosta, ilmakehän taittumisesta johtuen, kuitenkin saapui Maahan, ja kävi ilmi, että tämän säteilyn intensiteetti kasvaa aallonpituuden myötä [comm. 1] [31] . Tätä pidettiin melko luotettavana [6] [32] todisteena aerosolien aiheuttamasta valon sironnasta (samanlainen kuin nousevan auringon punoitusvaikutus). Mutta myöhemmissä kuvauksissa (mukaan lukien 29. kesäkuuta 2015) tätä ominaisuutta ei ollut [6] [32] , ja 14. heinäkuuta 2015 New Horizons -laitteisto havaitsi, että sumun väri oli sininen [33] .
Jotkut New Horizons -avaruusaluksen kuvat osoittivat mahdollisia pilviä [34] .
Plutolla on vähän tai ei ollenkaan troposfääriä : New Horizonsin havainnot osoittavat vain ohuen troposfäärin rajakerroksen [2] . Sen rajoissa lämpötila on suhteellisen vakio [5] . Se havaittiin skannaamalla ilmakehää radioaalloilla New Horizons -laitteella, ja se tallennettiin, kun luotain saapui Plutoon, mutta ei poistuessaan. Tämän kerroksen paksuus oli 4 km ja lämpötila 37 ± 3 K (tässä lämpötilassa kylläisen typpihöyryn paine on yhtä suuri kuin havaittu ilmakehän paine). Ehkä rajakerros koostuu kaasusta, joka on hiljattain haihtunut pinnasta ja joka ei ole vielä sekoittunut muun ilmakehän kanssa. Tämän osoittaa se tosiasia, että tämä kerros havaittiin Sputnikin tasangolla , suuressa haihtuvan jään säiliössä. Haihtumista olisi pitänyt tapahtua havaintojen aikana tai vähän ennen niitä - laskelmat osoittavat, että ilman uusiutumista tämä kerros olisi ollut olemassa enintään 2 Maan vuotta [5] .
Tämän kerroksen yläpuolella on stratosfääri , alue, jossa lämpötilat nousevat nopeasti korkeuden mukaan. Kasvunopeus vaihtelee merkittävästi eri paikoissa: kun laite tuli Plutoon, arvoksi saatiin 6,4 ± 0,9 ja poistuessaan 3,4 ± 0,9 K /km (tiedot stratosfäärin alemmalta 10 km:ltä) [5] . Maahavaintojen perusteella tämän arvon arvioitiin olevan 2,2, [8] 3–15 [11] tai 5,5 [6] astetta kilometriä kohden. Lämpötilan nousu on seurausta metaanin aiheuttamasta kasvihuoneilmiöstä . Keskimääräinen pintalämpötila on 42±4 K (mitattu vuonna 2005), [35] ja ilmakehän keskilämpötila on 90+25
-18K (2008) [11] [12] [36] .
20–40 km : n korkeudessa lämpötila saavuttaa maksiminsa ( 100–110 K ; stratopaussi ) ja laskee sitten hitaasti (noin 0,2 K/km ; [4] mesosfääri ) [4] [6] [8] . Syyt laskuun ovat epäselviä; se voi johtua asetyleenin, syanidin [5] [4] ja (tai) hiilimonoksidin [12] jäähdytysvaikutuksesta . Yli 500 km:n korkeudessa lämpötila, saavutettuaan 70 K :n , muuttuu vakioksi [5] .
Ilmakehän keski-ylempien kerrosten lämpötila ei tähtien peittämisen havaintojen mukaan osoita havaittavia muutoksia ajan myötä. Vuosina 1988, 2002 ja 2006 se oli sama virheen sisällä ja yhtä suuri kuin 100 K (epävarmuudella noin 10 K ), huolimatta paineen kaksinkertaisesta muutoksesta [31] [8] . Leveysasteesta tai vuorokaudenajasta ei myöskään ole merkittävää riippuvuutta: lämpötila on sama koko pinnalla. Tämä on yhdenmukainen ilmakehän nopeaa sekoittumista ennustavien teoreettisten havaintojen kanssa [6] . Toisaalta New Horizons -avaruusalus löysi vuonna 2015 havaittavia eroja lämpötila-korkeuskäyrien välillä Pluton eri puolilla [5] . Lisäksi on näyttöä pienistä vertikaalisista lämpötilan epähomogeenisuudesta. Ne näkyvät terävinä lyhyinä kirkkauspurskeina tähtien peittämisen aikana [30] . Epähomogeenisuuksien amplitudiksi on arvioitu useiden kilometrien asteikolla 0,5–0,8 K. Ne voivat syntyä ilmakehän painovoimaaaltojen tai konvektion tai tuulen aiheuttaman turbulenssin avulla [30] .
Vuorovaikutus ilmakehän kanssa vaikuttaa merkittävästi pintalämpötilaan. Laskelmat osoittavat, että ilmakehä voi erittäin alhaisesta paineesta huolimatta tasoittaa merkittävästi päivittäisiä lämpötilavaihteluita [37] . Mutta vielä on jäljellä noin 20 K lämpötilan vaihteluita , mikä johtuu osittain jään sublimaatiosta johtuvasta pinnan jäähtymisestä [1] .
Pluton ilmakehän paine on hyvin alhainen ja vaihtelee suuresti ajan myötä. Pluton tekemät tähtien peittämät havainnot osoittavat, että se on kolminkertaistunut vuodesta 1988 vuoteen 2015, vaikka vuodesta 1989 lähtien Pluto on siirtynyt pois auringosta [38] [9] [37] [39] . Tämä johtuu luultavasti siitä, että vuonna 1987 pohjoisella (tarkemmin "positiivisella") [comm. 2] Pluton navalla on tullut napapäivä, joka lisää typen haihtumista pohjoiselta pallonpuoliskolta [30] [41] [comm. 3] , ja eteläinen pallonpuolisko on edelleen liian lämmin sen tiivistymiselle [9] . Absoluuttisia pintapaineita on vaikea laskea okkultaatiohavaintojen perusteella, koska nämä havainnot eivät yleensä anna tietoa ilmakehän alimmista kerroksista. Siksi tiedot paineesta lähellä pintaa on ekstrapoloitava paineen riippuvuudesta korkeudesta, mutta sitä ei tiedetä tarkasti, koska se riippuu lämpötilan muutoksen luonteesta korkeuden mukaan. Lisäksi sinun on tiedettävä Pluton säde, joka vuoteen 2015 asti oli huonosti tunnettu. Siksi tarkkoja painearvoja lähellä Pluton pintaa ei voitu määrittää aikaisemmin. Joillakin peittoalueilla, vuodesta 1988 alkaen, paine määritettiin 1275 km :n etäisyydelle Pluton keskustasta (kuten myöhemmin kävi ilmi, tämä on 88±4 km pinnasta) [4] [9] [37] .
Painekäyrät etäisyydestä keskustasta, jotka on saatu vuosien 1988 ja 2002 okkultaatioiden havainnoista [30] yhdistettynä Pluton säteen nykyarvoon ( 1187±4 km [2] ) antavat painearvot 0,4 Pa vuodelle 1988 ja 2002. 1,0 Pa vuonna 2002. Spektritiedot antoivat arvot 0,94 Pa vuonna 2008 ja 1,23 Pa vuonna 2012 etäisyydellä keskustasta 1188 km (1±4 km pinnasta) [6] . Peitto 4.5.2013 antoi jälleen arvon lähes pintatasolle (1190 km keskustasta, 3±4 km pinnasta): 1,13±0,007 Pa [6] . Kattavuus 29./30. kesäkuuta 2015, vain 2 viikkoa ennen New Horizonsin lähestymistä, antoi pintapaineen 1,3 ± 0,1 Pa [38] .
Ensimmäiset suorat ja luotettavat tiedot Pluton ilmakehän alimmista kerroksista saatiin läpivalaisemalla se radioaalloilla New Horizons -avaruusaluksella 14. heinäkuuta 2015. Paineen lähellä pintaa arvioidaan 1 Pa ( 1,1±0,1 ajoneuvon saapuessa Plutoon ja 1,0±0,1 poistuessaan) [5] . Tämä on suurin piirtein samaa mieltä kuin aikaisempien vuosien peittelyhavainnot [5] , vaikka jotkin samoihin havaintoihin perustuvat laskelmat ovat antaneet kaksi kertaa korkeampia arvioita [2] [42] [3] .
Pluton ilmakehän paineen korkeusasteikko muuttuu merkittävästi korkeuden mukaan (toisin sanoen paine vs. korkeus ei ole eksponentiaalinen ) . Tämä johtuu lämpötilan merkittävästä riippuvuudesta korkeudesta. Ilmakehän alimmissa kerroksissa korkeusasteikko on noin 17 [ 20] –19 [7] km ja 30–100 km korkeudella 50–70 km [5] [8] [29] .
Aphelionin kiertoradan epäkeskisyydestä johtuen Pluto vastaanottaa 2,8 kertaa vähemmän lämpöä kuin perihelionissa [comm. 4] . Tämän pitäisi aiheuttaa merkittäviä muutoksia sen ilmakehässä, mutta niiden yksityiskohdissa on paljon epäselvää. Alunperin ajateltiin, että aphelionissa ilmakehä jäätyisi lähes kokonaan ja putoaisi pintaan (tämän osoittaa sen komponenttien höyrynpaineen voimakas riippuvuus lämpötilasta), mutta yksityiskohtaisemmat mallit ennustavat, että Plutossa on havaittavissa oleva ilmakehä koko vuoden [ 1] [9] .
Pluton viimeinen periheliläpikulku tapahtui 5. syyskuuta 1989 [1] . Vuodesta 2019 lähtien se on siirtymässä pois auringosta ja sen kokonaisvalaistus vähenee. Mutta tilannetta mutkistaa pyörimisakselin suuri kallistus (122,5° [43] ), jonka vuoksi suuressa osassa Pluton pintaa on pitkiä polaarisia päiviä ja öitä . Vähän ennen perihelionin läpikulkua, 16. joulukuuta 1987, Plutossa tapahtui päiväntasaus [17] , ja sen pohjoinen (positiivinen) napa nousi esiin napayöstä, joka kesti 124 Maan vuotta.
Vuodelta 2014 saatavilla olevat tiedot ovat tuottaneet seuraavan mallin Pluton ilmakehän kausivaihteluista. Aphelionin kulun aikana (viimeksi vuonna 1865) sekä pohjoisella että eteläisellä pallonpuoliskolla oli huomattava määrä haihtuvaa jäätä. Samoihin aikoihin Plutossa tapahtui päiväntasaus ja se käänsi eteläisen pallonpuoliskon kohti aurinkoa. Jäähtyneet kaasut alkoivat siirtyä pohjoiselle pallonpuoliskolle, ja noin 1900-luvun tienoilla eteläinen pallonpuolisko suurelta osin menetti ne. Seuraavan päiväntasauksen (1987) jälkeen se kääntyi pois auringosta. Mutta tähän mennessä sen pinta oli huomattavasti kuumennettu, eikä suuri lämpöinertia (joka tarjosi haihtumaton vesijää) ei antanut sen jäähtyä nopeasti. Siksi kaasut, jotka tuolloin intensiivisesti haihtuivat pohjoiselta pallonpuoliskolta, eivät voineet tiivistyä samalla nopeudella eteläisellä pallonpuoliskolla ja alkoivat kerääntyä ilmakehään, mikä nosti painetta. Vuosina 2035–2050 eteläisellä pallonpuoliskolla jäähtyy tarpeeksi voimakasta kaasujen tiivistymistä ja niiden kulkeutuminen alkaa pohjoisesta, missä napapäivä jatkuu. Tämä jatkuu päiväntasaukseen saakka, mikä on suunnilleen samaan aikaan aphelionin kulun kanssa (noin 2113). Pohjoinen pallonpuolisko ei menetä haihtuvaa jäätä kokonaan, ja niiden haihtuminen säilyttää ilmakehän olemassaolon jopa lähellä apheliaa. Ilmanpaineen kausivaihtelu tässä mallissa on noin 4 kertaa; minimi saavutettiin vuosina 1970–1980 ja maksimi vuoden 2030 tienoilla. Suurin lämpötilan muutos on vain muutama aste [9] .
New Horizons -avaruusaluksen tiedot osoittivat, että Pluton ilmakehä menettää noin 1 × 10 23 typpimolekyyliä ja 5 × 10 25 metaanimolekyyliä sekunnissa. Tämä vastaa useiden senttimetrien typpijään ja useiden kymmenien metrien metaanijään menetystä aurinkokunnan olemassaolon aikana [5] .
Ennen New Horizons -mittauksia Pluton yläilmakehän lämpötilaa pidettiin korkeampana, mikä johti erittäin suureen ilmakehän hajoamisnopeuteen [21] [1] . Sen häviämisnopeudeksi arvioitiin 10 27–10 28 molekyyliä ( 50–500 kg ) typpeä sekunnissa. Tällä nopeudella aurinkokunnan olemassaolon aikana satojen tai tuhansien metrien paksuinen pintakerros olisi haihtunut [44] [1] [7]
Pluton suurimman kuun Charonin pohjoisnavalla oleva punaruskea täplä ( Mordor-täplä ) voi koostua toliineista , monimutkaisista orgaanisista yhdisteistä, jotka muodostuvat Pluton ilmakehästä kadonneista kaasuista. Mallintaminen osoittaa, että noin 2,5 % näistä kaasuista putoaa Charonin päälle [45] [46] .
Molekyylit, joiden nopeus riittää pakenemaan avaruuteen, ionisoituvat auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Kun aurinkotuuli kohtaa alueen, jossa on runsaasti näitä ioneja, se hidastuu, poikkeaa sivuille ja mahdollisesti muodostaa iskuaallon Pluton eteen. Aurinkotuuli kuljettaa ioneja mukanaan ja muodostaa pitkän ionin tai plasmapyrstön Pluton taakse. Pluton takana aurinkotuulen virtauksessa on vähintään 100 000 km pitkä ontelo , joka on täytetty suhteellisen kylmällä ionisoidulla typellä. Tämän havaitsi Solar Wind around Pluto (SWAP) -instrumentti, joka mittaa aurinkotuulen hiukkasten parametreja tämän ontelon läpi lentäneessä New Horizons -avaruusaluksessa [47] .
Pluton ilmakehän vuorovaikutusalue aurinkotuulen kanssa Auringon puolelta sijaitsee noin 6 Pluton säteen (7 tuhatta km) etäisyydellä ja vastakkaisella puolella - yli 400 Pluton säteen (500 tuhatta km) etäisyydellä. Nämä arviot viittaavat alueeseen, jossa aurinkotuuli hidastuu 20 % [48] .
Vuosina 2014-2015 Pluton heikko röntgensäteily havaittiin Chandra -avaruusteleskooppia käyttämällä pehmeissä röntgensäteissä (310-600 eV ). Sen oletetaan johtuvan ilmakehän kaasujen vuorovaikutuksesta aurinkotuulen kanssa [50] [49] .
Jo 1940-luvulla Gerard Kuiper [51] etsi merkkejä ilmakehän läsnäolosta Plutosta sen spektrissä , mutta tuloksetta [10] . 1970-luvulla jotkut tähtitieteilijät olettivat tiheän ilmakehän ja jopa neonvaltamerten läsnäolon , koska he uskoivat sen olevan ainoa aurinkokunnassa yleinen kaasu, joka ei jääty ja hajoa avaruuteen Pluton olosuhteissa. Mutta tämä hypoteesi perustui suuresti yliarvioituun Pluton massaan [52] . Sen ilmakehästä ja pinnan koostumuksesta ei tuolloin ollut havainnointitietoja [10] .
Ensimmäinen vahva, vaikkakin epäsuora merkki ilmakehän läsnäolosta ilmestyi vuonna 1976. 4-metrisellä Mayall-teleskoopilla tehty infrapunafotometrinen tutkimus paljasti Pluton pinnalta metaanijäätä [53] , jonka pitäisi haihtua huomattavasti siellä odotettavissa olevissa lämpötiloissa [1] .
Pluton ilmakehän olemassaolo voitiin varmistaa tarkkailemalla tähtien peittymistä sen avulla. Jos tähti peittää ilmakehättömän esineen, sen valo katoaa äkillisesti ja jos Pluto - vähitellen. Valon vaimeneminen johtuu pääasiassa ilmakehän taittumisesta (eikä absorptiosta tai sironnasta) [1] [31] . Ensimmäiset tällaiset havainnot tekivät 19. elokuuta 1985 Noah Brosh ja Chaim Mendelsohn Wise Observatoryssa Israelissa [30] [54] . Mutta näiden tietojen laatu oli heikko epätyydyttävien havainto-olosuhteiden vuoksi (lisäksi niiden yksityiskohtainen kuvaus [55] julkaistiin vasta 10 vuotta myöhemmin) [10] . 9. kesäkuuta 1988 ilmakehän olemassaolo vahvistettiin vihdoin [1] kahdeksan pisteen uuden kattavuuden havainnoilla ( Kuiper Airborne Observatory sai parhaat tiedot ). Ilmakehän korkeusasteikko mitattiin ja lämpötilan suhde keskimääräiseen molekyylipainoon laskettiin siitä. Itse lämpötilaa ja painetta oli mahdotonta määrittää ilmakehän kemiallisesta koostumuksesta puuttuvien tietojen ja Pluton säteen ja massan suuren epävarmuuden vuoksi [29] [56] [57] .
Kysymys kemiallisesta koostumuksesta selvitettiin vuonna 1992 Pluton infrapunaspektristä Yhdistyneen kuningaskunnan 3,8 metrin infrapunateleskoopin [58] [59] avulla . Pluton pinta oli pääosin typpijään peitossa. Koska typpi on haihtuvampaa kuin metaani, tämä tarkoittaa, että typpi on myös vallitseva ilmakehässä (vaikka kaasumaista typpeä ei havaita spektrissä). Lisäksi löydettiin jäätyneen hiilimonoksidin seos [9] [12] [58] . Samana vuonna Pluton spektrissä oleva 3-metrinen infrapunateleskooppi IRTF tallensi ensimmäistä kertaa luotettavasti kaasumaisen metaanin linjat [10] [22] .
Ilmakehän tutkimiseksi on tärkeää tietää pintalämpötila. Sen parhaat arviot ovat peräisin Pluton lämpösäteilyn mittauksista. Ensimmäiset vuonna 1987 saadut arvot IRAS - havainnoista olivat 55–60 K , mutta myöhemmissä tutkimuksissa arvioitiin 30–40 K [1] [10] . Vuonna 2005 Submillimeter Array -havainnot mahdollistivat Pluton ja Charonin säteilyn erottamisen. Pluton keskimääräinen pintalämpötila osoittautui 42±4 K ( -231±4°C ). Tämä arvio on noin 10 K odotettua vähemmän; ero voidaan selittää jäätymisen aiheuttamalla typpijään sublimaatiolla [35] [60] . Lisätutkimukset osoittivat, että lämpötilat vaihtelevat eri paikoissa merkittävästi: 40-55-60 K [1] .
Vuoden 2000 tienoilla Pluto astui tähtirikkaalle taivaan alueelle - Linnunradalle , jossa se pysyy 2020-luvulle asti. Ensimmäiset peittelyt vuoden 1988 jälkeen tapahtuivat 20. heinäkuuta ja 21. elokuuta 2002, ja niitä havaitsivat tähtitieteilijät, joita johtivat Bruno Sicardi Pariisin observatoriosta [30] ja James Elliot MIT : stä [31] [39] . Ilmanpaine oli kaksi kertaa korkeampi kuin vuonna 1988. Seuraava kattavuus havaittiin 12. kesäkuuta 2006 [8] [61] , ja sitten niitä alkoi tapahtua useammin [1] [4] [9] [37] [62] . Havaintojen tulokset osoittivat, että paine jatkaa nousuaan [4] [9] . Ennennäkemättömän kirkkaan tähden peittyminen, joka on suuruusluokkaa Pluto itseään kirkkaampi, havaittiin 29.-30.6.2015, vain 2 viikkoa ennen New Horizonsin lähestymistä [38] [63] [64] .
14. heinäkuuta 2015 New Horizons -luotain tutki Pluton ilmakehää lähietäisyydeltä ensimmäistä kertaa. Hän kulki Pluton varjon läpi rekisteröiden auringon säteilyn absorption ilmakehässä ja suoritti kokeen sen läpivalaisuksi radioaaloilla (aallot säteilivät Maasta, ja laite tallensi ne). Tämä oli hänen alempien kerrostensa ensimmäinen suora tutkimus. Pintapaineeksi osoittautui 1,0–1,1 Pa [2] [5] [42] .
Pluto | ||
---|---|---|
Maantiede |
| |
satelliitteja | ||
Luokitus |
| |
Opiskelu |
| |
Avaaminen | ||
Muut | ||
Peruutetut tehtävät on kursivoitu , hyväksymättömät nimikkeet on merkitty * |
tunnelmat | |
---|---|
Tähtien tunnelmat | Aurinko |
planeettojen ilmakehyksiä | |
Satelliittien tunnelmat | |
kääpiöplaneetat | |
eksoplaneetat | |
Katso myös |