La sottile atmosfera di metano della luna più grande di Plutone, Caronte, subisce pulsazioni “esplosive” a causa dell’inclinazione quasi laterale del sistema di Plutone-Caronte rispetto al Sole, secondo una nuova ricerca condotta da scienziati del Southwest Research Institute. L’alba primaverile può spostare il metano polare congelato durante la secolare notte invernale nell’atmosfera di Caronte, facendo sì che l’intera atmosfera aumenti brevemente e drasticamente di pressione di un fattore di quasi 1.000 ogni equinozio. Durante questi episodi estremamente brevi, le calotte polari di metano congelato spesse decine di micron possono essere improvvisamente scambiate tra Nord e Sud, evaporate e quindi ricongelate dalla primavera alle zone polari autunnali. Si sospettava che la macchia rossa polare di Caronte, osservata dalla navicella spaziale New Horizons della NASA, fosse materiale sintetizzato dal metano congelato dalla luce solare ultravioletta (UV) retrodiffusa. Tuttavia, gli autori hanno scoperto che le calotte polari di Caronte sono congelate troppo velocemente e spesse per la sintesi di materiale molto più complesso dell’etano. Tuttavia, l’etano, essendo meno volatile del metano, rimane congelato sulla superficie di Caronte per decenni dopo l’alba primaverile e, sotto l’esposizione al vento solare, può essere convertito in depositi superficiali permanenti di colore rosso che contribuiscono all’origine della macchia rossa di Caronte.
“Prima di New Horizons, le migliori immagini Hubble di Plutone rivelavano solo una macchia sfocata di luce riflessa,” ha affermato Randy Gladstone, membro del team di New Horizons, ricercatore del Southwest Research Institute e del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Texas. “Oltre a tutte le affascinanti caratteristiche scoperte sulla superficie di Plutone, il sorvolo ha rivelato una caratteristica insolita su Caronte, una sorprendente calotta rossa centrata sul suo polo nord“.
Subito dopo il flyby del 2015, gli scienziati di New Horizons hanno proposto che un materiale rossastro simile alla tolina sul polo di Caronte potesse essere sintetizzato dalla luce UV che scompone le molecole di metano. Queste vengono catturate dopo essere fuggite da Plutone e poi congelate nelle regioni polari della luna durante le lunghe notti invernali. Le toline sono residui organici formati da reazioni chimiche alimentate dalla luce, in questo caso il bagliore UV Lyman-alfa diffuso da molecole di idrogeno interplanetarie.
“I nostri risultati indicano che le drastiche ondate stagionali nella sottile atmosfera di Caronte e la luce che scompone il metano congelato in condensazione sono fondamentali per comprendere le origini della zona polare rossa di Caronte,” ha affermato Ujjwal Raut, ricercatore presso il Southwest Research Institute e il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università del Texas. “Questo è uno degli esempi più indicativi e netti di interazioni superficie-atmosfera finora osservati su un corpo planetario“.
I ricercatori hanno replicato realisticamente le condizioni della superficie di Caronte per misurare la composizione e il colore degli idrocarburi prodotti nell’emisfero invernale di Caronte mentre il metano si congela sotto il bagliore Lyman-alfa. Hanno inserito le misurazioni in un nuovo modello atmosferico di Caronte per mostrare che il metano si scompone in residuo sulla macchia polare di Caronte.
“I nuovi esperimenti di ‘fotolisi dinamica’ del nostro team hanno fornito nuovi limiti al contributo della Lyman-alfa interplanetaria alla sintesi del materiale rosso di Caronte,” ha affermato Raut. “Il nostro esperimento ha condensato il metano in una camera ad altissimo vuoto sotto l’esposizione ai fotoni Lyman-alfa per replicare con alta fedeltà le condizioni ai poli di Caronte“.
Gli scienziati hanno anche sviluppato una nuova simulazione al computer per realizzare modelli della sottile atmosfera di metano di Caronte.
“Il modello indica pulsazioni stagionali ‘esplosive’ nell’atmosfera di Caronte a causa dei cambiamenti estremi delle condizioni durante il lungo viaggio di Plutone intorno al Sole,” ha affermato Ben Teolis, ricercatore del Southwest Research Institute e del Dipartimento di Fisica e Astronomia del Università del Texas.
Il team ha inserito i risultati di esperimenti ultrarealistici nel modello atmosferico per stimare la distribuzione di idrocarburi complessi che emergono dalla decomposizione del metano sotto l’influenza della luce UV. Il modello ha zone polari che generano principalmente etano, un materiale incolore che non contribuisce a un colore rossastro.
“Pensiamo che le radiazioni ionizzanti del vento solare decompongano il gelo polare creato con Lyman-alfa per sintetizzare materiali sempre più complessi e più rossi responsabili dell’albedo unico su questa luna enigmatica,” ha affermato Raut. “L’etano è meno volatile del metano e rimane congelato sulla superficie di Caronte molto tempo dopo l’alba primaverile“. “L’esposizione al vento solare può convertire l’etano in depositi superficiali rossastri persistenti che contribuiscono alla calotta rossa di Caronte“.
I risultati appaiono in due articoli pubblicati su Geophysical Research Letters e su Science Advances.
