يجد سماء بلوتو الضبابية الكوكب القزم أكثر برودة ، ويجد تلسكوب جيمس ويب للفضاء

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

اكتشف تلسكوب جيمس ويب للفضاء (JWST) أن السماء الضبابية فوق بلوتو المجمدة تساعد على تبريد جو الكوكب القزم ، بينما يتم في نفس الوقت إعطاء الميثان والجزيئات العضوية الأخرى ركلة من جو بلوتو ، حيث يتم تجميعها بعد ذلك من قبل رفيق بلوتو ، تشارون.

تم التنبؤ باكتشاف الضباب في عام 2017 من قبل عالم الكواكب شي تشانغ من جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، لشرح سبب تسرب بلوتو الرقيق. استنادًا إلى قياسات من مركبة الفضاء الجديدة في ناسا ، والتي أدت إلى الماضي بلوتو وتشارون في عام 2015 ، سوف يجرح عالم الكواكب في مرصد لويل في أريزونا أن جو بلوتو يخسر 1.3 كيلوغرام (2.9 رطل) من الميثان إلى الفضاء كل ثانية ، وحوالي 2.5 ٪ من المواد الكيميائية. في أي مكان آخر في النظام الشمسي ، نرى جوًا يتسرب على جسم مجاور.

لم يكن سبب هذا الهروب في الغلاف الجوي معروفًا ، لكن تشانغ تسببت في أنه إذا كان جو بلوتو يحتوي على طبقة من الضباب ، فإن هذا الضباب سيمتص الضوء فوق البنفسجي المتطرف من أشعة الشمس البعيدة التي يصل إلى بلوتو ، مما يوفر الطاقة لإعطاء الجزيئات التي يحتاجونها إلى الهروب إلى الفضاء.

إلى جانب تسخين الضباب الجزيئات في الغلاف الجوي حتى يتمكنوا من الهروب ، أدرك تشانغ أيضًا أن الضباب يمكن أن يكون له تأثير تبريد على جو بلوتو-وهو تأثير تم اكتشافه سابقًا في ميسوسفير بلوتو ، وهو الطبقة الثالثة من الغلاف الجوي فوق تروبوسفير غير موجود فعليًا.

تم العثور على ميسوسفير بلوتو بين 20 كيلومترًا و 40 كيلومترًا (من 12.4 إلى 24.9 ميلًا) ويصل إلى درجة حرارة أقصى قدر من 163 درجة مئوية (110 كلفن/ناقص 262 درجة فهرنهايت) قبل التبريد بمعدل 0.2 درجة مئوية لكل كيلومومتر ، إلى الحد الأدنى من الكيلف. 334 درجة واو).

كانت المشكلة أنه حتى الآن ، لم يتم اكتشاف أي ضباب على بلوتو. ثم جاء على طول JWST.

كان تشانغ قد توقع أن أي تبريد في الغلاف الجوي مدفوعًا بطبقة من الضباب سيؤدي إلى انبعاث حراري في أطوال موجية متوسطة الأشعة تحت الحمراء. تم اكتشاف انبعاثات منتصف الأشعة تحت الحمراء قادمة من نظام بلوتو-تشارون من قبل ، حيث عاد إلى مرصد الفضاء بالأشعة تحت الحمراء في أوروبا في عام 1997 ، ويلسكوب سبيتزر في ناسا في عام 2004 ، وحدد أوروبا للفضاء في عام 2012. لكن JWST ، مع المرآة الأولية التي يبلغ طولها 6.5 متر (21.4 قدمًا) وأداة منتصف الأشعة تحت الحمراء (MIRI) ، قادرة على التمييز بين بلوتو وشارون. لذا ، تمكن Zhang ، كجزء من فريق بقيادة Tanguy Bertrand من Observatoire de Paris ، من استخدام JWST للكشف عن انبعاثات الأشعة تحت الحمراء الحرارية من الضباب الطويل.

“نستخدم مصطلح” الضباب “لوصف طبقات الهباء الجوي الصلبة المعلقة في جو”. “هذه الهباء الجوي تنتشر الضوء وتقلل من الرؤية ، وتشكل طبقة منتشرة وشبه شفافة.”

الغلاف الجوي بلوتو هو في الغالب من النيتروجين ، مع سميدان من ثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات مثل الميثان والبنزين والسيسيتيلين وسيانيد الهيدروجين. هذا الجو رفيع بشكل استثنائي. ضغط السطح هو 13 ميكروبار فقط ، مقارنة بضغط سطح الأرض لحوالي 1 بار. (يعادل أحد البارين مليون ميكروبار.) وبسبب انخفاض الثقل في بلوتو ، يمتد الغلاف الجوي العلوي بعيدًا عن السطح ، من خلال عدة نصف قطر بلوتو (نصف قطر البلوتو هو 1،188.3 كيلومتر ، أو 737 ميلًا). جميع الجزيئات تحتاج إلى دفع طفيف لإرسالهم للدوران من الجو ، والطاقة لإعطائها هذه الحوافز تأتي من الشمس.

وقال برتراند: “يتم امتصاص جزء كبير من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية المتطرفة القادمة من قبل الغلاف الجوي العلوي ، مما يؤدي إلى التدفئة التي تشير إلى فقدان الكتلة في الغلاف الجوي”. “الغازات الجوية مثل النيتروجين والميثان هي المسؤولة عن امتصاص الإشعاع في هذه الأطوال الموجية.”

ولكن كيف يمكن للضباب التسبب في التدفئة والتبريد في الغلاف الجوي؟

وقال برتراند: “يعتمد التبريد أو التدفئة على خصائص الضباب ، مثل حجم الجسيمات والشكل والتكوين-أي الجليدي مع الجليد الهيدروكربون أو غير الجهاز-والتي ليست معروفة جيدًا”. “نحن نحقق حاليًا في هذا مع أحدث الفيزياء الميكروفية [i.e., on the scale of atoms and molecules] النماذج. “

تعني قدرة الضباب على تبريد أو تسخين الغلاف الجوي أنه يتحكم في توازن الطاقة في جو بلوتو ، مما يؤثر على درجات الحرارة العالمية والدورة الجوية وما يمر بالمناخ على كوكب القزم البارد. يهيمن هذا النظام المناخي على دورات من التسامي والتجميد من النيتروجين الجزيئي والميثان وأول أكسيد الكربون ، والذي ينحدر الكثير منه من الأنهار الجليدية العميقة في بلانتيا سبوتنيك ، وهي الميزة على شكل قلب على سطح كوكب القزم.

قصص ذات صلة

-كيف استولت بلوتو على أكبر قمرها تشارون مع قبلة جليدية لمدة 10 ساعات

– لماذا ليس بلوتو كوكب؟

– تلاميذ جيمس ويب الفضاء تكرز أصول شارون بلوتو الجليدية

وصف Zhang لـ Space.com توازن الطاقة هذا بالتفصيل. وقال “بناءً على ملاحظات درجة حرارة New Horizon من عام 2015 ، وجدنا أن تسخين الغاز يتجاوز بشكل كبير تبريد الغاز”. “لذلك هناك تسخين إشعاعي صافي في الجو. للحفاظ على توازن الطاقة في ظل هذه الظروف ، يجب أن يوفر الضباب التبريد الإشعاعي الصافي اللازم. لكن لا يزال من غير الواضح ما إذا كان للضباب تأثير تبريد صافي خلال مواسم أخرى ، حيث تختلف مواسم بلوتو بشكل كبير!”

تختلف تلك “المواسم” اختلافًا كبيرًا تمامًا بسبب مدار بلوتو المطول ، والذي يأخذها من أقرب إلى الشمس من نبتون إلى ما يقرب من مرتين. حتى هنا ، في أعماق النظام الشمسي ، يؤثر هذا الاختلاف في المسافة بشكل ملحوظ على كمية التدفئة التي يتلقاها بلوتو.

يشبه ضباب بلوتو الضباب الغني بالهيدروكربون الموجود على زحل تيتان. كلا الضرياء ناتجة عن الكيمياء الضوئية للضوء الأشعة فوق البنفسجية الشمسية المتطرفة التي تتفاعل مع جزيئات مثل النيتروجين والميثان. حتى الأرض المبكرة ، قبل ظهور جو مخصب للأكسجين منذ أكثر من 2.4 مليار سنة ، قد يكون له ضباب من الهيدروكربونات في جوه على غرار بلوتو ، وإن كان أكثر كثافة. وبالتالي ، يمكن أن يعلمنا فهم جو بلوتو شيئًا عن بدايات كوكبنا.

نُشرت الدراسة الجديدة في مجلة Nature Astronomy في 2 يونيو