چرا در پلوتو شاهد وجود کوه‌های پوشیده از برف هستیم؟

براساس تصاویر کاوشگر نیوهرایزنز ناسا، بعضی از مناطق کوهستانی پلوتو پوشیده از برف هستند؛ ولی با توجه به جوّ رقیق این سیاره ی کوتوله، به سختی میتوان توضیحی برای این پدیده یافت.

جا دارد از کاوشگر نیوهرایزنز سازمان ناسا به دلیل نمایش چشم اندازی جدید از پیچیدگی پلوتو تشکر کنیم. این فضا پیما (Spacecraft) ۱۴ جولا ی ۲۰۱۵ به فاصله ی ۱۲۵۰۰ کیلومتری این سیاره ی کوتوله رسید. نیوهرایزنز در طول عبور از فراز پلوتو ویژگی های جوّی و سطح آنرا بررسی کرد.

یکی از اکتشافات جذاب نیوهرایزنز، مناطقی کوهستانی و پوشیده از برف پلوتو بود. در سیاره ی زمین هرچه بیشتر به ارتفاعات برویم، هوا سردتر می شود؛ به همین دلیل، کوهستان ها پوشیده از برف می شوند؛ اما در پلوتو پدیده ی وارونگی دما در جریان است. دمای میانگین جوّ در ارتفاعات دَه ها برابر بیشتر از دمای سطح است؛ ولی دلیل وجود برف و یخبندان چیست؟

جمعی از پژوهشگران به رهبری اعضای CNRS (مرکز ملی پژوهش های علمی فرانسه)، در پژوهشی جدید به این پرسش پاسخ دادند. عنوان این پژوهش عبارت است از: «کوهستان های استوایی پلوتو با برف های متانی حاصل از فرایند جوّی منحصر به فرد پوشیده شده اند». مؤلف ارشد این مقاله تانگای برتاند است که در مرکز پژوهش های آمس ناسا کار می کند. این مقاله در Nature Communications منتشر شد.

نیوهرایزنز در کوه پیگافتا و الکانو در منطقه ی ماکولای پلوتو در استوای این سیاره، پوشش های برفی را کشف کرد. پوشش برفی پلوتو مانند برف زمین از آب منجمد تشکیل نشده است؛ بلکه متان منجمد است؛ ولی پلوتو یخ بندان جوّی رقیق دارد و مقادیر کمی متان در جوّ بسیار نازک آن پیدا می شود.

روی زمین با افزایش ارتفاع به علت سرمایش آدیاباتیک، دما هم کاهش پیدا می کند و هوا با بالارفتن سردتر می شود. عکس این مسأله برای کاهش ارتفاع صادق است و در این وضعیت، دما افزایش می یابد. وقتی هوای مرطوب به اندازه ی کافی سرد می شود و افزایش می یابد، فشرده می شود و به شکل برف فرود می آید. این پدیده روی زمین رایج است؛ ولی برف پلوتو چنین توضیحی ندارد.

محققان از مدلی اقلیمی برای بررسی منبع برف متان در کوهستان های پلوتو استفاده کردند. بخش زیادی از جوّ نازک پلوتو از نیتروژن تشکیل شده است؛ ولی ردپاهایی از متان و کربن مونواکسید هم در آن پیدا می شود. تنها با رد متانی به سختی میتوان منبع برف ها را محاسبه کرد. محققان با مدل اقلیمی متوجه تغییرات جوّی پلوتو و تراکم متان در ارتفاعات شدند. تنها در قله ی کوه ها متان کافی برای تشکیل برف وجود داشت؛ ولی متان در دامنه های پایین تر کافی نبود.

ازآنجاکه پلوتو مانند زمین از جوّ ضخیم و عایقی برخوردار نیست، ارتفاعات آن به دلیل پرتوهای خورشیدی گرم تر هستند؛ زیرا متان موجود در جوّ گرما را جذب می کند. این تأثیر در چندکیلومتری ارتفاعات حس می شود. فرایند جذب گرمای متان در نواحی پوشیده از یخ نیتروژنی رخ نمی دهد؛ زیرا یخ نیتروژنی با فرایند تصعید سبب خنک شدن ارتفاعات جوّی می شود.

جوّ پلوتو از ضخامت کافی برای گرم کردن سطح برخوردار نیست؛ درنتیجه هوای نزدیک به سطح سردتر و متراکم تر است و همیشه به سمت پائین جریان دارد. بر اساس شبيه سازي های جوّی محققان، این مکانیزم در سراسر پلوتو و در کل شبانه روز دیده می شود؛ درنتیجه پلوتو با بادهای نزولی احاطه شده است. به همین دلیل، شکل گیری برف در این سیاره ی کوتوله کمی گیج کننده و کاملاً متفاوت با زمین است. در زمین، هوا با بالا رفتن سرد می شود و به صورت برف روی کوه ها فرود می آید.

بر اساس یافته های محققان، جوّ پلوتو به گونه ای در چرخش است که متان در ارتفاعات متراکم می شود. این چرخش فصلی است و بر اثر تصعیدهای سطحی به وجود می آید. مؤلفان به این فرایند «سلول های چرخشی تصعیدی» می گویند. افزایش تراکم متان آنرا به نقطه ی اشباع می رساند؛ بنابراین، به شکل برف روی کوه ها فرود می آید. نوعی حلقه ی بازخوردی هم در این فرایند دیده می شود که با فرود برف متان روی کوه ها، قابلیت بازتابی افزایش می یابد و به سرمایش منجر می شود.

محققان می گویند: به طورکلی تشکیل برف CH4 روی کوه های پلوتو براثر فرایندی کاملاً متفاوت با فرایند تشکیل برف زمین رخ می دهد. جالب است که دو پدیده و دو ماده ی متفاوت میتوانند چشم انداز یکسانی تولید کنند.

برف پلوتو، تنها یکی از قابلیت های پیچیده ی آن است. قبل از پرواز نیوهرایزنز از فراز این سیاره ی کوتوله، ایده ای درباره ی سطح و جوّ و اقلیم آن وجود نداشت. دانشمندان هنوز هم مشغول کار روی داده های این ماموریت هستند تا به اکتشافات جدیدتری در این زمینه برسند.

همچنین، شنیده ها حاکی از آغاز مأموریتی جدید است. نیوهرایزنز فقط یک بار از فراز پلوتو عبور کرد؛ درنتیجه بهترین داده های آن نیز تنها به بخشی از این دنیای دوردست محدود هستند. آلن استرن، دانشمند سیاره ای، پژوهشگر اصلی ماموریت نیوهرایزنز بود. او معتقد است مرحله ی بعد اکتشافات پلوتو ارسال کاوشگر مدارپیما است و سطح نشین نیز بخشی از این مأموریت خواهد بود.

این مقاله در Universe Today منتشر شد.