الغلاف الجوي لبلوتو

الغلاف الجوي لبلوتو عبارة عن طبقة رقيقة من الغازات تحيط به. يتكون بشكل أساسي من النتروجين مع كميات قليلة من الميثان وأول أكسيد الكربون، تكونت كلها نتيجة تبخر الجليد على سطح بلوتو.Stern S. A. (2014). "Pluto". In T. Spohn; D. Breuer; T. Johnson (eds.). Encyclopedia of the Solar System (3 ed.). Elsevier. pp. 909–924. ISBN 9780124160347. Stern, S. A.; Bagenal, F.; Ennico, K.; et al. (16 October 2015). "The Pluto system: Initial results from its exploration by New Horizons" (PDF). Science. 350 (6258): aad1815. أرخايف:1510.07704. بيب كود:2015Sci...350.1815S. doi:10.1126/science.aad1815. PMID 26472913. Archived from the original (PDF) on 22 November 2015. (Supplements)  يحتوي على طبقات ضباب من المحتمل أنها مشكّلة من مكونات ثقيلة تتشكل من تلك الغازات بسبب الإشعاع عالي الطاقة.Hand, E. (October 2015). "Late harvest from Pluto reveals a complex world". Science. 350 (6258): 260–261. بيب كود:2015Sci...350..260H. doi:10.1126/science.350.6258.260. PMID 26472884.  يتميز الغلاف الجوي لبلوتو بتغيراته الموسمية الشديدة وغير الواضحة التي تنتج عن المدار المميز والدوران المحوري لبلوتو.

يبلغ الضغط السطحي للغلاف الجوي لبلوتو والذي قاسته مركبة نيوهورايزنز في 2015، 1 باسكال (10 ميلي بار)، أقل تقريبًا ب100000 مرة من الضغط الجوي للأرض. تتراوح الحرارة على سطحه بين 40 إلى 60 كلفن (-230 حتى -210 درجة مئوية) ولكنها ترتفع بسرعة مع الارتفاع بسبب الاحتباس الحراري الذي يولده غاز الميثان. وتصل إلى 110 كلفن (-163 درجة مئوية) في ارتفاع 30 كيلومتر ثم تنخفض ببطء.Dias-Oliveira, A.; Sicardy, B.; Lellouch, E.; et al. (September 2015). "Pluto's Atmosphere from Stellar Occultations in 2012 and 2013". The Astrophysical Journal. 11 (1): 53. أرخايف:1506.08173. بيب كود:2015ApJ...811...53D. doi:10.1088/0004-637X/811/1/53. 

يُعد بلوتو الجسم الوحيد وراء نبتوني ذي غلاف جوي معروف. ويعتبر الغلاف الجوي لتريتون أكثر غلاف جوي يشبهه، حتى أنه يشبه الغلاف الجوي للمريخ في بعض الجوانب.Lellouch, E.; de Bergh, C.; Sicardy, B.; Forget, F.; Vangvichith, M.; Käufl, H.-U. (January 2015). "Exploring the spatial, temporal, and vertical distribution of methane in Pluto's atmosphere" (PDF). Icarus. 246: 268–278. أرخايف:1403.3208. بيب كود:2015Icar..246..268L. doi:10.1016/j.icarus.2014.03.027. Johnston, William Robert (8 September 2006). "The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects". Archived from the original on 3 October 2006. Retrieved 26 March 2007. 

دُرس الغلاف الجوي لبلوتو منذ الثمانينيات بواسطة أرصاد أرضية لاحتجاب النجوم بسبب بلوتوElliot, J. L.; Person, M. J.; Gulbis, A. A. S.; et al. (2007). "Changes in Pluto's Atmosphere: 1988–2006". The Astronomical Journal. 134 (1): 1–13. بيب كود:2007AJ....134....1E. doi:10.1086/517998. Olkin, C. B.; Young, L. A.; Borncamp, D.; et al. (January 2015). "Evidence that Pluto's atmosphere does not collapse from occultations including the 2013 May 04 event". Icarus. 246: 220–225. بيب كود:2015Icar..246..220O. doi:10.1016/j.icarus.2014.03.026.  وعن طريق التحليل الطيفي.Yelle, R. V.; Elliot, J. L. (1997). "Atmospheric Structure and Composition: Pluto and Charon". In A. Stern; D. J. Tholen (eds.). Pluto and Charon. University of Arizona Press. pp. 347–390. بيب كود:1997plch.book..347Y. ISBN 9780816518401.  دُرس في عام 2015 من مسافة قريبة بواسطة المركبة الفضائية نيوهورايزنز.Gladstone, G. R.; Stern, S. A.; Ennico, K.; et al. (March 2016). "The atmosphere of Pluto as observed by New Horizons" (PDF). Science. 351 (6279): aad8866. أرخايف:1604.05356. بيب كود:2016Sci...351.8866G. doi:10.1126/science.aad8866. Archived from the original  (PDF) on 21 May 2016. Retrieved 12 June 2016. (Supplementary Material) 

 التركيب 
يتكون الغلاف الجوي لبلوتو بشكل رئيسي من النيتروجين، ويشكل الميثان 0.25% منه وفق قياسات نيوهورايزنز. وفقًا للقياسات الأرضية، قُدّرت نسبة أول أكسيد الكربون بين %0.025 و0.15%،Lellouch, E.; de Bergh, C.; Sicardy, B.; Käufl, H. U.; Smette, A. (2011). "High resolution spectroscopy of Pluto's atmosphere: detection of the 2.3 μm CH4 bands and evidence for carbon monoxide" (PDF). Astronomy and Astrophysics. 530: L4. أرخايف:1104.4312. بيب كود:2011A&A...530L...4L. doi:10.1051/0004-6361/201116954.  وفي عام 2015 قُدّرت بين 0.05% و 0.075%.Gurwell, M.; Lellouch, E.; Butler, B.; et al. (November 2015). "Detection of Atmospheric CO on Pluto with ALMA". American Astronomical Society, DPS meeting #47, #105.06. بيب كود:2015DPS....4710506G.  تتفاعل هذه الغازات تحت تأثير الإشعاعات الكونية عالية الطاقة لتشكّل مركبات أكثر تعقيدًا (غير متطايرة في درجات حرارة سطح بلوتو)Fray, N.; Schmitt, B. (2009). "Sublimation of ices of astrophysical interest: A bibliographic review". Planetary and Space Science. 57 (14–15): 2053–2080. بيب كود:2009P&SS...57.2053F. doi:10.1016/j.pss.2009.09.011.  وتتضمن الإيثان (سي 2 إتش6) والإيثيلين (سي 2 إتش4) والأسيتيلين (سي 2 إتش2) وهيدروكربونات ونتريلات ثقيلة وسيانيد الهيدروجين (إتش سي إن) (تبلغ كمية الإيثيلين حوالي 0.0001% وكمية الأسيتيلين 0.0003%). تترسب هذه الكميات على السطح ببطء. ومن المحتمل أنها تتضمن أيضًا الثولينات المسؤولة عن اللون البني لبلوتو (كبعض الأجسام الأخرى في النظام الشمسي الخارجي).

المركب الأكثر تطايرًا في الغلاف الجوي لبلوتو هو النيتروجين، يحل في المرتبة الثانية أول أكسيد الكربون وثالثًا الميثان. مؤشر التطاير هو ضغط البخار المشبع (ضغط التّصعد). ويبلغ هذا الضغط عند درجة حرارة 40 كلفن (قريبة من القيمة الأدنى لدرجة حرارة سطح بلوتو) حوالي 10 باسكال بالنسبة للنيتروجين، و1 باسكال بالنسبة لأول أكسيد الكربون، و0.001 باسكال بالنسبة للميثان. يزداد هذا الضغط بسرعة مع ازدياد درجة الحرارة، وعند درجة حرارة 60 كلفن (قريبة من القيمة الأعلى لدرجة حرارة سطح بلوتو) يصل حتى 10000 باسكال للنتروجين، و3000 باسكال لأول أكسيد الكربون، و10 باسكال للميثان. يبقى الضغط بالنسبة للهيدروكربونات الأثقل من الميثان، والماء، والأمونيا، وثاني أكسيد الكربون، وسيانيد الهيدروجين منخفضًا بشكل لا يذكر (حوالي 5 إلى 10 باسكال أو أقل)، مما يشير لعدم وجود تطاير في ظروف الغلاف الجوي لبلوتو (على الأقل في الغلاف الجوي السفلي البارد).Holler, B. J.; Young, L. A.; Grundy, W. M.; Olkin, C. B.; Cook, J. C. (2014). "Evidence for longitudinal variability of ethane ice on the surface of Pluto" (PDF). Icarus. 243: 104–110. أرخايف:1406.1748. بيب كود:2014Icar..243..104H. doi:10.1016/j.icarus.2014.09.013. 

من المتوقع أنّ قلة وجود الميثان وأول أكسيد الكربون، تستطيع أن تشرح الانحرافات الكبيرة في توازن الضغط مع الجليد السطحي والتغيرات الزمانية والمكانية الكبيرة في التركيز. لكن في الحقيقة، لا يتعمد تركيز الميثان على الأقل على الارتفاع (على الأقل في ارتفاعات بين 20 و30 كيلومتر) وخطوط الطول والوقت. يشير اعتماد درجة حرارة تطاير الميثان والنيتروجين إلى أنّ تركيز الميثان سيتناقص أثناء حركة بلوتو مبتعدًا عن الشمس.Zalucha, A. M.; Zhu, X.; Gulbis, A. A. S.; Strobel, D. F.; Elliot, J. L. (2011). "An investigation of Pluto's troposphere using stellar occultation light curves and an atmospheric radiative-conductive-convective model". Icarus. 214 (2): 685–700. بيب كود:2011Icar..214..685Z. doi:10.1016/j.icarus.2011.05.015. Trafton, L. M.; Hunten, D. M.; Zahnle, K. J.; McNutt, R. L. Jr. (1997). "Escape Processes at Pluto and Charon". In A. Stern; D. J. Tholen (eds.). Pluto and Charon. University of Arizona Press. pp. 475–522. بيب كود:1997plch.book..475T. ISBN 9780816518401.  والجدير بالذكر أن تركيز الميثان المرصود هو أعلى مرتين من التركيز المتوقع حسب قانون راؤول على أساس تركيزه في الجليد السطحي ونسبة ضغوط التصعيد للميثان والنيتروجين. أسباب هذا التناقض غير معروفة. يمكن أن تكون بسبب وجود قطع منفصلة من جليد الميثان النظيفة نسبيًا، أو بسبب تزايد محتوى الميثان في الطبقة العليا من الجليد المختلط المألوف.

تؤدي التغيرات المدارية والموسمية للتشميس إلى هجرة الجليد السطحي، فهي تتصاعد في بعض الأماكن وتتكاثف في أماكن أخرى. وفقًا لبعض التقديرات، فإنّ التغير في السماكة يصل إلى المتر. وهذا يؤدي إلى تغيرات ملحوظة في سطوع ولون بلوتو (وتغيرات أيضًا في الهندسة الظاهرية أو المنظر).

على الرغم من عدم توفر الميثان وأول أكسيد الكربون إلّا بشكل قليل، فهما مهمان للبنية الحرارية للغلاف الجوي: يعد الميثان عامل تسخين قوي، وأول أكسيد الكربون عامل تبريد (على الرغم من أنّ كمية التبريد غير واضحة كليًا).

 الضباب 
بديل=|تصغير|300x300بك|الضباب متعدد الطبقات في الغلاف الجوي لبلوتو. يمكن رؤية جزء من سهل سبوتنيك بلانيتيا والجبال القريبة منه. الصورة من التقاط نيو هورايزونز.
اكتشفت نيوهورايزنز في الغلاف الجوي لبلوتو ضباب متعدد الطبقات، والذي يغطي كامل هذا الكوكب القزم ويصل لارتفاع 200 كيلومتر. تُظهر أفضل الصور حوالي 20 طبقة من الضباب. لا يقل الامتداد الأفقي لهذه الطبقات عن 1000 كيلومتر. تتراوح سماكة هذه الطبقات بين 1 وقد تتجاوز 10 كيلومتر، وتبلغ المسافة الرأسية بينها حوالي 10 كيلومتر. كثافة الضباب في المناطق الشمالية أكبر بمرتين إلى ثلاث مرات من كثافته عند خط الاستواء.Cheng A. F., Summers M. E., Gladstone G. R.; et al. (2017). "Haze in Pluto's atmosphere". Icarus. 290: 112–133. بيب كود:2017Icar..290..112C. doi:10.1016/j.icarus.2017.02.024.CS1 maint: multiple names: authors list () 

على الرغم من الكثافة المنخفضة جدًا للغلاف الجوي إلّا أنّ الضباب ملحوظ. فهو يبعثر ضوءًا كافيًا بشكل يسمح بتصوير بعض التفاصيل من الجهة غير المضاءة لبلوتو."PIA19931: Pluto in Twilight". NASA. 10 September 2015. Archived from the original on 27 March 2017.  في بعض الأماكن تستطيع رؤية الظلال الطويلة من الجبال على الضباب. يقدر العمق الضوئي الطبيعي ب 0.004 أو 0.013. مقياس ارتفاع الضباب هو 45-55 كيلومتر. يتوافق تقريبًا مع مقياس ارتفاع الضغط في الغلاف الجوي المتوسط. يتناقص مقياس ارتفاع الضباب حتى 30 كيلومتر على ارتفاعات تتراوح بين 100 و200 كيلومتر.

حجم جزيئات الضباب غير واضح. يشير اللون الأزرق إلى جسيمات بنصف قطر 10 نانو متر تقريبًا، لكن نسبة السطوع في زوايا الطور المختلفة تشير إلى أنّ نصف القطر يتجاوز 100 نانومتر. يمكن شرح هذا عن طريق تراكم الجسيمات الصغيرة (عشرات النانومترات) في مجموعات أكبر (مئات النانومترات).

من المحتمل أنّ الضباب يتكون من جسيمات تتكون من مركبات غير متطايرة، والتي تُركّب من غازات الغلاف الجوي تحت تأثير الإشعاع الكوني عالي الطاقة. تظهر الطبقات وجود أمواج في الغلاف الجوي (أشارت أرصاد الاحتجاب أيضًا إلى وجودها) ويمكن أن تنشأ مثل هذه الموجات بسبب الرياح التي تعصف على سطح بلوتو الخشن.

إنّ الضباب هو السبب الأكثر احتمالًا للعقدة في منحني شدة الضوء مقابل الوقت الذي قاسته نيوهورايزنز أثناء التحليق في ظلال بلوتو، نلاحظ أنّ الغلاف الجوي يضعِف الضوء عند ارتفاعات أقل من 150 كيلومتر أكثر من الارتفاعات الأعلى من ذلك. رُصدت عقدة مشابهة خلال الاحتجاب النجمي عام 1988. فُسرت في البداية على أنّ الضباب يُضعف الضوء، ولكن يُعتقد الآن أنّ السبب بشكل أساسي هو التدرج الحاد في درجة الحرارة العكسية في الغلاف الجوي السفلي. غابت هذه العقدة خلال الاحتجابات اللاحقة (عندما كان الغلاف الجوي لبلوتو أكثف بمرتين).

تم الحصول على دليل آخر عن الضباب في عام 2002 بسبب الاحتجاب الجديد. أظهر الضوء النجمي الذي نجح في الوصول إلى الأرض خلال الاحتجاب (بسبب الانكسار الضوئي في الغلاف الجوي لبلوتو) زيادة في الكثافة تتناسب طردًا مع طول الموجة. فُسّر هذا كدليل موثوق على تبعثر الضوء بسبب الهباء الجوي (مشابه للاحمرار أثناء شروق الشمس). لكن غابت هذه السمة خلال الكسوفات اللاحقة (بما في ذلك 29 يونيو عام 2015). وفي 14 يوليو عام 2015، وجدت نيوهورايزنز أنّ الضباب أصبح أزرق.Sicardy B.; Widemann T.; et al. (2003). "Large changes in Pluto's atmosphere as revealed by recent stellar occultations". Nature. 424 (6945): 168–170. بيب كود:2003Natur.424..168S. doi:10.1038/nature01766. PMID 12853950. Hartig, K.; Barry, T.; Carriazo, C. Y.; et al. (November 2015). "Constraints on Pluto's Hazes from 2-Color Occultation Lightcurves". American Astronomical Society, DPS meeting #47, #210.14. بيب كود:2015DPS....4721014H. 

رُصد عدد من السحب المحتملة في مجموعة الصور الأخيرة التي أرسلتها نيوهورايزنز.

 المراجع 

تصنيف:الأغلفة الجوية لكواكب النظام الشمسي
تصنيف:بلوتو
تصنيف:اكتشافات جيمس لدلو إليوت