Jorden och Pluto har inte mycket gemensamt. Jorden är en livlig, levande värld, medan Pluto är kall, avlägsen och livlös. Men en sak de har gemensamt är kväve. Jordens atmosfär är cirka 78% kväve, och Plutos primära atmosfäriska beståndsdel är också kväve, även om den exakta andelen är oklar.
På Pluto, där yttemperaturen är cirka 42 Kelvin (-231 Celsius), är det mesta av detta kväve fryst. En ny studie säger att Plutos frysta kväve driver planetens vindar och formar dess funktionsytor.
Innan NASA: s nya horisonter rymdskepp anlände till Pluto, visste vi inte så mycket om planeten eller dess ytfunktioner. När rymdskeppet anlände i juli 2015 blev vi alla förvånade över att upptäcka att Pluto var en mycket mer aktiv plats än vi trodde. Det var också när vi först såg Tombaugh Regio, en stor, lätt färgad region på planeten.
Tombaugh Regio är en mycket konstig plats, för mänskliga ögon ändå. Den har två stora lober som gör att det ser ut som ett hjärta, och astronomer kallar det ibland för "hjärtat av Pluto." Den västra loben kallas Sputnik Planitia, och den har 6200 meter höga berg (Tenzing Montes, tidigare Norgay Montes) gjord av vattenis och en vidsträckt slätt täckt med kväveis.
Ett nytt papper säger att den enorma kväveuppsättningen i Sputnik Planitia driver Plutos vindar och formar ytan på planeten. Uppsatsen heter "Plutos bankande hjärta reglerar den atmosfäriska cirkulationen: resultat från högupplösta och fleråriga numeriska klimatsimuleringar." Det publiceras i Journal of Geophysical Research. Huvudförfattaren är Tanguy Bertrand, en astrofysiker och planetforskare vid NASA: s Ames Research Center.
"Pluto har något mysterium för alla."
Tanguy Bertrand, huvudförfattare, Ames Research Center
De flesta av Plutos tunna atmosfär är kväve, och det finns också små mängder koldioxid och metan. En stor mängd fryst kväve sitter i Sputnik Planitia, och under dagen stiger temperaturen tillräckligt för att sublimera det och förvandla det till ånga. På natten vänder processen och kvävet fryser igen och faller till ytan. Varje gång cykeln upprepas fungerar den som en pump eller en "hjärtslag" och pumpar kvävevindar runt planeten.
Denna vind flyter i motsatt riktning mot planetens rotation, och det kan vara ansvarig för ovanliga ytfunktioner på planeten. När den tunna, kväverika vinden blåser längs ytan, transporterar den värme, iskorn och dispartiklar för att skapa mörka vindstreck och slättar över norra och nordvästra regioner.
"Detta belyser det faktum att Plutos atmosfär och vindar - även om atmosfärens täthet är mycket låg - kan påverka ytan," sade Tanguy Bertrand, en astrofysiker och planetforskare vid NASA: s Ames Research Center i Kalifornien och studiens huvudförfattare.
Regionen Sputnik Planitia, eller den vänstra loben i Plutos hjärta, är lägre höjd än resten av planeten, och den har mest av kvävet. Sputnik Planitia är en 1 000 kilometer (620 mil) isplatta som ligger i en 3 kilometer djup bassäng. Den högra loben är mestadels högländer och kväve glaciärer.
”Innan New Horizons trodde alla att Pluto skulle bli en netboll - helt platt, nästan ingen mångfald,” sade Bertrand i ett pressmeddelande. ”Men det är helt annorlunda. Det har många olika landskap och vi försöker förstå vad som händer där. "
Att beskriva Plutos atmosfär som tunn är en underdrift. Det är ungefär 100 000 gånger tunnare än jordens. Så hur formar vind i en atmosfär som tunn form landskapet?
Bertrands team tog data från Pluto för New Horizons flyby och byggde sedan en väderprognosmodell för att simulera kvävevindarna.
Teamet fann att vindar över 4 km blåser västerut, vilket är i motsatt riktning från Plutos snurr. När fryst kväve i Tombaugh Regio sublimerar till ånga i norr och sedan blir is igen i söder, utlöser den rörelsen de västliga vindarna. Denna situation är troligen unik i vårt solsystem, med det eventuella undantaget från Triton, Neptuns måne.
Forskarna fann också en annan vindström. Den här är en stark, snabb rörlig vind nära ytan. Det blåser längs den västra kanten av Sputnik Planitia-bassängen. Det finns liknande vindmönster på jorden som följer landskapets konturer.
Vinden drivs av kväveånga som kondenserar tillbaka till is, enligt studien. Sputnik Planitias klippor med hög höjd fångar kall luft in i bassängen. När det cirkulerar där blir det starkare.
Om Plutos kvävehjärtslag driver dessa vindar, kan de förklara vindstreck och mörka slätter väster om Sputnik Planitia. Om vindarna ger tillräckligt med värme för att värma ytan, kan det orsaka streck och slättar. Eller så kan det avsätta partiklar av dis, som kan mörkna och erodera isen. Och om vinden blåste i motsatt riktning - vilket betyder i samma riktning som Plutos snurr - kan landskapen vara mycket annorlunda.
"Sputnik Planitia kan vara lika viktigt för Plutos klimat som havet är för jordens klimat," sade Bertrand. "Om du tar bort Sputnik Planitia - om du tar bort hjärtat av Pluto - kommer du inte att ha samma cirkulation," tillade han.
Det mest "berömda inslaget" på Pluto är förmodligen den bladade terrängen. Den bladformade terrängen är fält av skyskrapa-storlek, taggade landformer gjorda av främst metan. De finns i stora höjder nära ekvatorn. Kan de vara en artefakt av Plutos slående kvävehjärta?
I sitt papper säger forskarna "... under perioder med ekvatorial ackumulering av CH4 (metan) is, retro-rotation och injektion av kall N2-rik luft från Sputnik Planitia skulle kunna transportera och driva gasformig CH4 västerut, så att den gynnar ansamling av CH4-is på de västligaste längdgraderna (det vill säga öster om Sputnik Planitia) vilket leder till bildandet av Bladed Terrain där. "
De säger också "... åsarna (" bladen ") av Bladed Terrain-avlagringarna uppvisar en dominerande N-S-orientering, som också delvis kan komma från detta märkliga atmosfärcirkulationsregime."
För tillfället verkar det osäkert om dessa kvävevindar kan orsaka den bladformiga terrängen. Men laget tänker försöka ta reda på det. "I framtiden planerar vi att ytterligare utforska dessa idéer och undersöka processerna som leder till dessa longitudinella asymmetrier och speciella geologiska formationer genom att använda långsiktiga GCM-simuleringar med hög upplösning."
I sin slutsats säger författarna "Vårt arbete bekräftar att trots en frusen yta och en svag atmosfär är Plutos klimat anmärkningsvärt aktiv." Mycket mer aktiv än någon troligtvis trodde.
New Horizons kunde inte komma in i omloppsbana runt Pluto. Det är svårt att göra, och det var aldrig dess uppdrag. NASA överväger en Pluto orbiter i framtiden, men under tiden, allt vi lärde oss om den iskalla dvärgplaneten, lärde vi oss av en enda fly-by. Trots det lärde vi oss tillräckligt för att bli fascinerade och att vilja veta mer om denna fascinerande, mystiska värld.
"Pluto har något mysterium för alla," sade Bertrand.
Mer:
- Pressmeddelande: PLUTO'S ICY HEART MAKES WINDS BLOW
- Forskningsdokument: Plutos bankande hjärta reglerar den atmosfäriska cirkulationen: resultat från högupplösta och 3 fleråriga numeriska klimatsimuleringar
- Space Magazine: NASA överväger nu ett Pluto Orbiter Mission
