دلیل وجود کوه‌های پوشیده از برف در پلوتو چیست؟

جا دارد از کاوشگر نیوهرایزنز ناسا به‌دلیل نمایش چشم‌اندازی جدید از پیچیدگی پلوتو تشکر کنیم. این فضاپیما ۱۴ جولا‌ی ۲۰۱۵ به فاصله‌ی ۱۲۵۰۰ کیلومتری این سیاره‌ی کوتوله رسید. نیوهرایزنز در طول عبور از فراز پلوتو ویژگی‌های جوّی و سطح آن را بررسی کرد.

یکی از اکتشافات جذاب نیوهرایزنز، مناطقی کوهستانی و پوشیده از برف پلوتو بود. در سیاره‌ی زمین هرچه بیشتر به ارتفاعات برویم، هوا سردتر می‌شود؛ به‌همین‌دلیل، کوهستان‌ها پوشیده از برف می‌شوند؛ اما در پلوتو پدیده‌ی وارونگی دما در جریان است. دمای میانگین جوّ در ارتفاعات دَه‌ها برابر بیشتر از دمای سطح است؛ اما دلیل وجود برف و یخ‌بندان چیست؟

گروهی از پژوهشگران به‌رهبری اعضای CNRS (مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه)، در پژوهشی جدید به این پرسش پاسخ دادند. عنوان این پژوهش عبارت است از: «کوهستان‌های استوایی پلوتو با برف‌های متانی حاصل از فرایند جوّی منحصر‌به فرد پوشیده شده‌اند». مؤلف ارشد این مقاله تانگای برتاند است که در مرکز پژوهش‌های آمس ناسا کار می‌کند. این مقاله در Nature Communications منتشر شد.

نیوهرایزنز در کوه پیگافتا و الکانو در منطقه‌ی ماکولای پلوتو در استوای این سیاره، پوشش‌های برفی را کشف کرد. پوشش برفی پلوتو مانند برف زمین از آب منجمد تشکیل نشده است؛ بلکه متان منجمد است؛ اما پلوتو یخ‌بندان جوّی رقیق دارد و مقادیر کمی متان در جوّ بسیار نازک آن پیدا می‌شود.

روی زمین با افزایش ارتفاع به‌دلیل سرمایش آدیاباتیک، دما هم کاهش پیدا می‌کند و هوا با بالارفتن سردتر می‌شود. عکس این مسئله برای کاهش ارتفاع صادق است و در این وضعیت، دما افزایش می‌یابد. وقتی هوای مرطوب به‌اندازه‌ی کافی سرد می‌شود و افزایش می‌یابد، فشرده می‌شود و به‌شکل برف فرود می‌آید. این پدیده روی زمین رایج است؛ ولی برف پلوتو چنین توضیحی ندارد.

پژوهشگران از مدلی اقلیمی برای بررسی منبع برف متان در کوهستان‌های پلوتو استفاده کردند. بخش زیادی از جوّ نازک پلوتو از نیتروژن تشکیل شده است؛ اما ردپاهایی از متان و کربن‌مونواکسید هم در آن پیدا می‌شود. تنها با رد متانی به‌سختی می‌توان منبع برف‌ها را محاسبه کرد. پژوهشگران با مدل اقلیمی متوجه تغییرات جوّی پلوتو و تراکم متان در ارتفاعات شدند. تنها در قله‌ی کوه‌ها متان کافی برای تشکیل برف وجود داشت؛ ولی متان در دامنه‌های پایین‌تر کافی نبود.

ازآنجاکه پلوتو مانند زمین از جوّ ضخیم و عایقی برخوردار نیست، ارتفاعات آن به‌دلیل پرتوهای خورشیدی گرم‌تر هستند؛ زیرا متان موجود در جوّ گرما را جذب می‌کند. این تأثیر در چندکیلومتری ارتفاعات حس می‌شود. فرایند جذب گرمای متان در نواحی پوشیده از یخ نیتروژنی رخ نمی‌دهد؛ زیرا یخ نیتروژنی با فرایند تصعید باعث خنک‌شدن ارتفاعات جوّی می‌شود.

جوّ پلوتو از ضخامت کافی برای گرم‌کردن سطح برخوردار نیست؛ درنتیجه هوای نزدیک به سطح سردتر و متراکم‌تر است و همیشه به‌سمت پایین جریان دارد. بر‌اساس شبیه‌سازی‌های جوّی پژوهشگران، این مکانیزم در سراسر پلوتو و در کل شبانه‌روز دیده می‌شود؛ درنتیجه پلوتو با بادهای نزولی احاطه شده است. به‌همین‌دلیل، شکل‌گیری برف در این سیاره‌ی کوتوله کمی گیج‌کننده و کاملا متفاوت با زمین است. در زمین، هوا با بالا‌رفتن سرد می‌شود و به‌صورت برف روی کوه‌ها فرود می‌آید.

به‌طورکلی تشکیل برف CH4 روی کوه‌های پلوتو براثر فرایندی کاملا متفاوت با فرایند تشکیل برف زمین رخ می‌دهد. جالب است که دو پدیده و دو ماده‌ی متفاوت می‌توانند چشم‌انداز یکسانی تولید کنند.

برف پلوتو، تنها یکی از قابلیت‌های پیچیده‌ی آن است. قبل از پرواز نیوهرایزنز از فراز این سیاره‌ی کوتوله، ایده‌ای درباره‌ی سطح و جوّ و اقلیم آن وجود نداشت. دانشمندان هنوز‌هم مشغول کار روی داده‌های این مأموریت هستند تا به اکتشافات جدیدتری در این زمینه برسند.

همچنین، شنیده‌ها حاکی از آغاز مأموریتی جدید است. نیوهرایزنز فقط یک‌بار از فراز پلوتو عبور کرد؛ درنتیجه بهترین داده‌های آن نیز تنها به بخشی از این دنیای دوردست محدود هستند. آلن استرن، دانشمند سیاره‌ای، پژوهشگر اصلی مأموریت نیوهرایزنز بود. او معتقد است مرحله‌ی بعد اکتشافات پلوتو ارسال کاوشگر مدارپیما است و سطح‌نشین نیز بخشی از این مأموریت خواهد بود.

این مقاله در Universe Today منتشر شد.