Erde und Pluto haben nicht viel gemeinsam. Die Erde ist eine lebendige, lebendige Welt, während Pluto kalt, fern und leblos ist. Eines haben sie jedoch gemeinsam: Stickstoff. Die Erdatmosphäre besteht zu etwa 78% aus Stickstoff, und Plutos primärer atmosphärischer Bestandteil ist ebenfalls Stickstoff, obwohl der genaue Prozentsatz unklar ist.
Auf Pluto, wo die Oberflächentemperatur etwa 42 Kelvin (-231 Grad Celsius) beträgt, ist der größte Teil dieses Stickstoffs gefroren. Eine neue Studie besagt, dass Plutos gefrorener Stickstoff die Winde des Planeten antreibt und seine Oberflächen formt.
Bevor das Raumschiff New Horizons der NASA in Pluto ankam, wussten wir nicht viel über den Planeten oder seine Oberflächenmerkmale. Als das Raumschiff im Juli 2015 ankam, waren wir alle überrascht, dass Pluto ein viel aktiverer Ort war als wir dachten. Es war auch, als wir Tombaugh Regio zum ersten Mal sahen, eine große, hell gefärbte Region auf der Oberfläche des Planeten.
Tombaugh Regio ist für menschliche Augen sowieso ein sehr seltsamer Ort. Es hat zwei große Lappen, die es wie ein Herz aussehen lassen, und Astronomen nennen es manchmal das "Herz von Pluto". Der westliche Lappen heißt Sputnik Planitia und verfügt über 6200 Meter hohe Berge (Tenzing Montes, ehemals Norgay Montes) aus Wassereis und eine weite Ebene mit Stickstoffeis.
Ein neues Papier besagt, dass die riesige Stickstoffablagerung in Sputnik Planitia Plutos Winde antreibt und die Oberfläche des Planeten formt. Das Papier trägt den Titel "Plutos schlagendes Herz reguliert die atmosphärische Zirkulation: Ergebnisse hochauflösender und mehrjähriger numerischer Klimasimulationen." Es wurde im Journal of Geophysical Research veröffentlicht. Der Hauptautor ist Tanguy Bertrand, Astrophysiker und Planetenforscher am Ames Research Center der NASA.
"Pluto hat für jeden ein Rätsel."
Tanguy Bertrand, Hauptautor, Ames Research Center
Der größte Teil der dünnen Atmosphäre von Pluto besteht aus Stickstoff, und es gibt auch geringe Mengen an Kohlendioxid und Methan. In Sputnik Planitia befindet sich eine große Menge gefrorenen Stickstoffs, und tagsüber steigt die Temperatur so stark an, dass er sublimiert und in Dampf umgewandelt wird. Nachts kehrt sich der Prozess um und der Stickstoff gefriert wieder und fällt an die Oberfläche. Jedes Mal, wenn sich der Zyklus wiederholt, wirkt er wie eine Pumpe oder ein „Herzschlag“, der Stickstoffwinde um den Planeten pumpt.
Dieser Wind fließt in die entgegengesetzte Richtung der Planetenrotation und kann für ungewöhnliche Oberflächenmerkmale auf dem Planeten verantwortlich sein. Während der dünne, stickstoffreiche Wind entlang der Oberfläche weht, transportiert er Wärme, Eiskörner und Dunstpartikel, um dunkle Windstreifen und Ebenen im Norden und Nordwesten zu erzeugen.
"Dies unterstreicht die Tatsache, dass die Atmosphäre und die Winde von Pluto - selbst wenn die Dichte der Atmosphäre sehr gering ist - die Oberfläche beeinflussen können", sagte Tanguy Bertrand, Astrophysiker und Planetenwissenschaftler am Ames Research Center der NASA in Kalifornien und Hauptautor der Studie.
Die Sputnik Planitia-Region oder der linke Herzlappen von Pluto ist niedriger als der Rest des Planeten und beherbergt den größten Teil des Stickstoffs. Sputnik Planitia ist eine 1.000 Kilometer lange Eisdecke, die sich in einem 3 Kilometer tiefen Becken befindet. Der rechte Lappen besteht hauptsächlich aus Hochland und Stickstoffgletschern.
"Vor New Horizons dachten alle, Pluto würde ein Netzball werden - völlig flach, fast ohne Vielfalt", sagte Bertrand in einer Pressemitteilung. "Aber es ist ganz anders. Es gibt viele verschiedene Landschaften und wir versuchen zu verstehen, was dort vor sich geht. "
Plutos Atmosphäre als dünn zu beschreiben, ist eine Untertreibung. Es ist ungefähr 100.000 Mal dünner als das der Erde. Wie formt Wind in einer so dünnen Atmosphäre die Landschaft?
Bertrands Team nahm Daten aus dem New Horizons-Vorbeiflug von Pluto und erstellte dann ein Wettervorhersagemodell, um die Stickstoffwinde zu simulieren.
Das Team stellte fest, dass Winde über 4 km nach Westen wehen, was in die entgegengesetzte Richtung von Plutos Spin geht. Wenn gefrorener Stickstoff in Tombaugh Regio im Norden zu Dampf sublimiert und im Süden wieder zu Eis wird, löst diese Bewegung die Winde nach Westen aus. Diese Situation ist in unserem Sonnensystem wahrscheinlich einzigartig, mit der möglichen Ausnahme von Triton, Neptuns Mond.
Die Forscher fanden auch eine andere Windströmung. Dies ist ein starker, sich schnell bewegender Wind nahe der Oberfläche. Es weht am westlichen Rand des Sputnik Planitia-Beckens entlang. Es gibt ähnliche Windmuster auf der Erde, die den Konturen der Landschaft folgen.
Der Wind wird laut Studie durch den Stickstoffdampf angetrieben, der wieder zu Eis kondensiert. Die hochgelegenen Klippen von Sputnik Planitia fangen kalte Luft im Becken ein. Wenn es dort zirkuliert, wird es stärker.
Wenn Plutos Stickstoff-Herzschlag diese Winde antreibt, könnten sie die Windstreifen und dunklen Ebenen westlich von Sputnik Planitia erklären. Wenn die Winde genug Wärme bringen, um die Oberfläche zu erwärmen, kann dies zu Streifen und Ebenen führen. Oder es könnten sich Dunstpartikel ablagern, die das Eis verdunkeln und erodieren können. Und wenn der Wind in die entgegengesetzte Richtung wehte - das heißt in die gleiche Richtung wie Plutos Drehung - könnten die Landschaften sehr unterschiedlich sein.
"Sputnik Planitia kann für Plutos Klima genauso wichtig sein wie der Ozean für das Erdklima", sagte Bertrand. "Wenn Sie Sputnik Planitia entfernen - wenn Sie das Herz von Pluto entfernen - haben Sie nicht den gleichen Kreislauf", fügte er hinzu.
Das „berühmteste Merkmal“ auf Pluto ist wahrscheinlich das Gelände mit den Klingen. Das Gelände mit den Blättern ist ein Feld von Wolkenkratzer-großen, gezackten Landformen, die hauptsächlich aus Methaneis bestehen. Sie befinden sich in großer Höhe in der Nähe des Äquators. Könnten sie ein Artefakt von Plutos schlagendem Stickstoffherz sein?
In ihrer Arbeit sagen die Forscher: „… während Perioden äquatorialer Akkumulation von CH4 (Methan) -Eis könnten die Retro-Rotation und die Injektion von kalter N2-reicher Luft aus Sputnik Planitia gasförmiges CH4 nach Westen transportieren und drücken, so dass es das begünstigt Ansammlung von CH4-Eis in den westlichsten Längen (dh östlich von Sputnik Planitia), was zur Bildung des dortigen Bladed Terrain führt. “
Sie sagen auch: "... die Grate (" Klingen ") der Bladed Terrain-Ablagerungen weisen eine dominante N-S-Orientierung auf, die teilweise auch von diesem besonderen atmosphärischen Zirkulationsregime herrühren könnte."
Im Moment scheint es ungewiss, ob diese Stickstoffwinde das Blattgelände verursachen könnten. Aber das Team will es herausfinden. "In Zukunft planen wir, diese Ideen weiter zu untersuchen und die Prozesse zu untersuchen, die zu diesen longitudinalen Asymmetrien und besonderen geologischen Formationen führen, indem wir hochauflösende Langzeit-GCM-Simulationen verwenden."
In ihrer Schlussfolgerung sagen die Autoren: "Unsere Arbeit bestätigt, dass das Klima von Pluto trotz einer gefrorenen Oberfläche und einer zarten Atmosphäre bemerkenswert aktiv ist." Viel aktiver als irgendjemand gedacht hat.
New Horizons konnte die Umlaufbahn um Pluto nicht betreten. Das ist schwierig und das war nie seine Mission. Die NASA erwägt einen Pluto-Orbiter für die Zukunft, aber in der Zwischenzeit haben wir alles, was wir über den eisigen Zwergplaneten gelernt haben, aus einem einzigen Vorbeiflug gelernt. Trotzdem haben wir genug gelernt, um fasziniert zu sein und mehr über diese faszinierende, mysteriöse Welt wissen zu wollen.
"Pluto hat ein Geheimnis für alle", sagte Bertrand.
Mehr:
- Pressemitteilung: PLUTO'S ICY HEART LÄSST WINDS SCHLAGEN
- Forschungsbericht: Plutos schlagendes Herz reguliert die atmosphärische 2 Zirkulation: Ergebnisse aus hochauflösenden und 3 mehrjährigen numerischen Klimasimulationen
- Space Magazine: Die NASA erwägt derzeit eine Pluto Orbiter Mission
