На Плутоне есть заснеженные горы, и ученые выяснили откуда взялся снег

Мы можем поблагодарить космический корабль NASA New Horizons за то, что он открыл нам глаза на Плутон. 14 июля 2015 года космический корабль приблизился к карликовой планете на расстояние 12500 км. Во время пролета New Horizons смог изучить атмосферу Плутона и его поверхность.

Среди того, что видел New Horizons, был регион заснеженных гор.

Здесь, на Земле, чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится, что объясняет наши заснеженные горы.

Но на Плутоне есть температурная инверсия, а это означает, что условия противоположны Земным: чем выше вы поднимаетесь, тем теплее становится.

Она возникает из-за солнечной радиации. Средняя температура атмосферы на высоте на десятки градусов выше ее поверхности.

Так откуда снег?

Группа исследователей, возглавляемая членами CNRS (Национальный центр научных исследований или Французский национальный центр научных исследований), занялась этим вопросом в новом исследовании.

Название: «Экваториальные горы Плутона покрыты метановыми инеями в результате уникального атмосферного процесса». Ведущий автор — Танги Бертанд, в настоящее время научный сотрудник НАСА в Исследовательском центре Эймса. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Компания New Horizons обнаружила снег на Пигафетта-Монтес и Элькано-Монтес, расположенных в районе Ктулху-Макула Плутона на экваторе планеты.

Вверху слева: покрытые инеем хребты Плутона, Пигафетта и Элькано-Монтес, на улучшенном цветном изображении RALPH / MVIC. Справа: заснеженные горы на Земле, в Альпах. (Tanguy Bertand et al., Nature Communications, 2020).

Снег Плутона не похож на земной; это замороженный метан, а не замороженная вода.

Но Плутон — холодный мир с разреженной атмосферой, и в его очень разреженной атмосфере очень мало метана. Как он образовался в виде снега на вершинах гор?

На Земле температура снижается с высотой из-за адиабатического охлаждения. Когда воздух движется вверх по склону горы, он расширяется, что приводит к охлаждению.

Обратное верно, когда воздух опускается: воздух становится теплее. Когда влажный воздух поднимается и достаточно остывает, он конденсируется и выпадает в виде снега. Здесь, на Земле, это хорошо изученное явление, но оно не может объяснить появление снега на Плутоне.

Команда использовала климатическую модель, чтобы выяснить, как метановый снег попал на горы. Тонкая атмосфера Плутона состоит в основном из азота со следами метана и окиси углерода. Имея лишь следовые количества метана, трудно учесть весь этот снег.

Работая с климатической моделью, исследователи определили, что динамика атмосферы Плутона концентрирует метан на больших высотах. Только на вершинах гор метана достаточно для образования снега. На низких уровнях метана просто не хватает.

Поскольку у Плутона нет такой плотной изолирующей атмосферы, как у Земли, карликовая планета теплее на больших высотах из-за солнечного излучения, поскольку тепло поглощается метаном в атмосфере.

Это действует для первых нескольких километров высоты. Этот процесс поглощения тепла метаном не происходит в областях, где есть азотный лед на поверхности, потому что он может сублимировать и охлаждать первые несколько километров атмосферы.

Атмосфера Плутона слишком тонкая, чтобы нагревать поверхность планеты, поэтому, когда на поверхности нет замороженного азота, существует «локальный радиационный баланс». Этот баланс не зависит от высоты, и он холоднее, чем атмосфера над ним.

Как следствие, воздух у поверхности охлаждается, становится более плотным и все время стремится течь вниз по склону. Моделирование климата другими исследователями показывает, что этот механизм присутствует на всей поверхности Плутона и в любое время суток.

В результате на Плутоне преобладают нисходящие ветры. Вот почему его снежное образование вызывает такое недоумение. Оно полностью отличается от Земли, где воздух охлаждается по мере подъема и оседает на горах в виде снега.

Команда исследователей обнаружила, что атмосфера Плутона циркулирует таким образом, что метан концентрируется на больших высотах. Эта циркуляция носит сезонный характер и обусловлена ​​сублимацией на поверхности.

Авторы называют это «циркулирующими клетками, индуцированными сублимацией». По мере того, как метан становится более концентрированным, он достигает точки насыщения и выпадает в виде снега на поверхность гор.

Здесь также задействована обратная связь. Когда в горах образуется метановый снег, альбедо увеличивается, что приводит к еще большему похолоданию. Чем больше охлаждения, тем больше метанового снега.

«В целом, образование изморози CH4 на вершине гор Плутона, по-видимому, вызвано процессом, совершенно отличным от того, который формирует снежные вершины на Земле, согласно нашей модели», — пишет команда в своей статье.

«Примечательно, что два явления и два столь разных материала могут создать один и тот же ландшафт, если смотреть с одинаковым разрешением».

Это еще один пример сложности Плутона. До того, как New Horizons пролетел над карликовой планетой, мы не подозревали, что поверхность, атмосфера и климат настолько сложны. Ученые все еще работают со всеми данными миссии, так что кто знает, что еще ждет своего открытия.

Статья опубликована Universe Today.