Wszystko wskazuje na to, że naukowcy dokonali kolejnego przełomowego odkrycia. Obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) ujawniają, że atmosfera Plutona jest zupełnie inna niż jakakolwiek inna znana atmosfera w Układzie Słonecznym. Jej bilans cieplny nie jest regulowany przez obecność gazów — jak dzieje się to w przypadku większości planet — lecz przez cząsteczki mgły.
Ten zaskakujący mechanizm działania atmosfery został po raz pierwszy zaproponowany w 2017 roku przez planetologa Xi Zhanga z University of California w Santa Cruz. Teoretyzował on, że zawieszone w atmosferze Plutona cząsteczki mgły — powstające w wyniku złożonych reakcji chemicznych — pochłaniają i emitują ciepło, efektywnie regulując przepływ energii cieplnej. Choć hipoteza ta była wówczas uznawana za kontrowersyjną, teraz została potwierdzona dzięki danym z JWST.
Czytaj także: Pluton ciekawszy niż się wydawało. Pod jego powierzchnią jest gigantyczny ocean
W latach 2022 i 2023 zespół naukowców pod kierownictwem Tanguy Bertranda z Observatoire de Paris skierował zainstalowany na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) w stronę Plutona, koncentrując się na emisjach w zakresie średniej podczerwieni. Celem obserwacji było wykrycie sygnatur termicznych przewidzianych w modelach Zhanga. Uzyskane wyniki były jednoznaczne: atmosfera Plutona zachowuje się w sposób zupełnie odmienny od znanych dotychczas atmosfer planetarnych.
Kluczową rolę w tym niezwykłym zjawisku odgrywa fotochemiczna mgła złożona z cząsteczek azotu, metanu i tlenku węgla. Gdy cząstki te są ogrzewane promieniowaniem słonecznym, unoszą się do wyższych warstw atmosfery, a po ochłodzeniu opadają. Ten cykliczny ruch w pionie reguluje strukturę temperaturową atmosfery, zastępując tradycyjny mechanizm wymiany ciepła oparty na konwekcji gazów.
Co ciekawe, JWST jednocześnie zarejestrował zmiany temperatury powierzchni zarówno na Plutonie, jak i jego największym księżycu, Charonie, śledząc zmiany podczas rotacji obu globów. Choć Charon pozbawiony jest istotnej atmosfery, Pluton posiada aktywną, dynamiczną atmosferę kształtowaną przez światło słoneczne. Promieniowanie to rozkłada metan, inicjując reakcje chemiczne, które prowadzą do powstawania cząstek mgły — przypominających te obserwowane na Tytanie, księżycu Saturna.
Jednym z najbardziej fascynujących wniosków płynących z badań przeprowadzonych za pomocą JWST jest zjawisko sezonowej migracji lodów — głównie azotu, metanu i tlenku węgla — po powierzchni Plutona. Migracja ta powoduje zmiany w rozkładzie lodu oraz wpływa na emisję promieniowania cieplnego. Istnieją nawet przesłanki, że część tego materiału może być transportowana z Plutona na Charon — co byłoby zjawiskiem unikalnym w całym Układzie Słonecznym.
Czytaj także: W końcu wiadomo! Skąd się wzięło serce na Plutonie?
Dzięki porównaniu obserwacji z modelami fizycznymi naukowcy zyskali również precyzyjne dane na temat bezwładności cieplnej Plutona oraz zmian temperatur powierzchni. Parametry te są niezbędne do zrozumienia, jak zmienia się rozkład lodu oraz jak energia przepływa przez atmosferę tej planety karłowatej.
Co więcej, jak zauważa Xi Zhang, badania nad mgłą Plutona mogą rzucić nowe światło na przeszłość naszej własnej planety. Wczesna atmosfera Ziemi, również bogata w azot i węglowodory, mogła funkcjonować w sposób zbliżony do tego, co dziś obserwujemy na Plutonie. Analiza tej dynamiki może pomóc naukowcom zrozumieć warunki, które sprawiły, że Ziemia stała się miejscem przyjaznym dla życia.
Odkrycia te mają także znaczenie dla badań innych ciał niebieskich z mglistymi atmosferami, takich jak Tytan czy Tryton, księżyc Neptuna. Pluton, choć odległy i zimny, okazuje się być kluczowym elementem układanki, która może pomóc w lepszym zrozumieniu różnorodności atmosfer planetarnych w całym Układzie Słonecznym.