Odhalení nižších vrstev atmosféry Pluta

ESO 008/09 tisková zpráva

Díky VLT na observatoři ESO nyní astronomové získali cenné poznatky o chemickém složení a procesech v atmosféře trpasličí planety Pluto. Nalezli zde nečekaně velké množství metanu a také odhalili, že atmosféra Pluta je o přibližně 40° teplejší než jeho povrch. Její teplota dosahuje mrazivých -180 °C. Může to být způsobeno přítomností povrchových oblastí s čistým metanem či na metan bohaté vrstvy, pokrývajících celý povrch.  „Zvýšený obsah metanu v atmosféře Pluta vysvětluje, proč má tak vysokou teplotu,“ říká Emmanuel Lellouch, hlavní autor publikované práce.

Pluto má přibližně pětkrát menší poloměr než Země a skládá se převážně z hornin a ledu. Jde o ledový svět s průměrnou povrchovou teplotou -220 °C, což je důsledek značné vzdálenosti od Sluce. Pluto je od něj přibližně 40 krát dále než Země.

Od osmdesátých let minulého století je známo, že Pluto má tenkou atmosféru [1]. V jejím chemickém složení převládá dusík, stopově je zastoupen metan a nejspíše také oxid uhelnatý. Při svém oběhu okolo Slunce, který trvá 248 let, se Pluto od Slunce vzdaluje natolik, že jeho atmosféra vymrzá a usazuje se na povrchu. V době, kdy je Pluto ke Slunci blíže, se povrch opět zahřívá a led sublimuje.

Doposud mohla být studována pouze svrchní vrstva atmosféry. Při pozorování zákrytů hvězdy tělesy Sluneční soustavy (v tomto případě právě Plutem, ESO 21/02) astronomové dokázali, že je svrchní vrstva o 50 °C teplejší než jeho povrch, tzn. že má teplotu -170 °C. Z tohoto pozorování však nebylo možné určit ani tlak, ani teplotu atmosféry při povrchu. Nedávné a jedinečné pozorování s přístrojem CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES) na VLT však ukázalo, že nejenom svrchní vrstvy, ale celá atmosféra má teplotu kolem -180 °C a je tedy „mnohem teplejší“ než povrch trpasličí planety. Na rozdíl od Země [2] je většina atmosféry Pluta neustále ve stavu teplotní inverze, tj. teplota s rostoucí výškou nad povrchem roste, a to o (3-15) °C. Pro srovnání u zemské atmosféry teplota za normálních podmínek klesá s výškou o 6 °C na kilometr.

„Je fascinující si představit, že s pomocí CRIRES jsme schopni přesně měřit vlastnosti plynu v atmosféře 100tisíckrát řidší než na Zemi, u objektu pět krát menšího, který se nachází na okraji Sluneční soustavy,“ říká spoluautor práce Hans-Ulrich Käufl a dodává: „Spojením VLT s přístrojem CRIRES v podstatě získáváme výhody satelitu na oběžné dráze okolo Pluta."

Nízká teplota povrchu Pluta je úzce spojena s přítomností jeho atmosféry a sublimací ledu. Jde o stejný efekt, jako když nás v létě ochlazuje odpařovaní potu s povrchu pokožky. Některé vlastnosti Pluta jsou tak totožné s vlastnostmi komet, jejichž koma a ohon je utvářen v důsledku sublimace ledu v blízkosti Slunce.

Z výsledků pozorování CRIRES rovněž vyplývá, že metan je svým 0,5% obsahem v atmosféře Pluta druhým nejběžnějším plynem. „Dokázali jsme, že zjištěné množství metanu hraje důležitou roli v zahřívání atmosféry a její zvýšené teploty,“ říká Lellouch. Existují dva modely, které jsou schopny vlastnosti atmosféry vysvětlit. První model počítá s tenkou vrstvou metanu, která omezuje sublimaci dusíkové námrazy, zatímco druhý model předpokládá existenci oblastí čistého metanu na povrchu trpasličí planety. „O platnosti jednoho z modelů musí rozhodnout další výzkum Pluta při jeho vzdalování od Slunce,“ říká Lellouch a dodává: „Další informace nám přinese sonda NASA New Horizons, jež v roce 2015 prolétne kolem Pluta."

Zdroj

Poznámky:

[1] Atmosférický tlak na Plutu je pouze jedna stotisícina toho zemského, tj. 0,015 milibarů.

[2] Za normálních podmínek na Zemi teplota s rostoucí nadmořskou výškou klesá, neboť je atmosféra zahřívána odspodu, tzn. že sluneční záření zahřívá zemi a ta následně ohřívá vzduch. Za určitých podmínek může nastat inverze, kdy je vzduch ve vyšších nadmořských výškách teplejší. Ve městech inverze obvykle způsobuje problémy se smogem.

Další informace:

E. Lellouch a kol. 2009, A&A, v tisku, Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations. Složení týmu: E. Lellouch, B. Sicardy, and C. de Bergh (Observatoire de Paris, Francie), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi and A. Campargue (Université Joseph Fourier, Francie).

Kontakt:

Emmanuel Lellouch, Observatoire de Paris, Francie, E-mail: emmanuel.lellouch (at) obspm.fr, Tel.:: +33 1 450 77 672
Hans-Ulrich Käufl, ESO, Garching, Německo, E-mail: hukaufl (at) eso.org, Tel.: +49 89 3200 6414, Cell: +49 160 6365135

ESO La Silla - Paranal - ELT Press Officer: Dr. Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hboffin@eso.org
ESOPress Officer in Chile: Valentina Rodriguez - +56 2 463 3123 - vrodrigu@eso.org

Překlad: Tomáš Mohler, Hvězdárna Valašské Meziříčí
Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040 suchan@astro.cz

autor: Tomáš Mohler