Podemos agradecer a la nave espacial New Horizons de la NASA por abrirnos los ojos a la complejidad de Plutón. El 14 de julio de 2015, la nave espacial se acercó a 12 500 km (7 800 millas) del planeta enano. Durante el sobrevuelo, New Horizons pudo caracterizar la atmósfera de Plutón y su superficie.
Entre las cosas que vio New Horizons estaba una región de montañas nevadas.
Aquí en la Tierra, cuanto más alto vas, más frío se vuelve, lo que explica nuestras montañas cubiertas de nieve. Pero en Plutón, hay una inversión de temperatura, lo que significa que es lo contrario de la Tierra: cuanto más alto, más cálido se vuelve. Es por la radiación solar. La temperatura atmosférica media en altitud es decenas de grados superior a la de su superficie.
Entonces, ¿por qué hay escarcha?
Un equipo de investigadores, dirigido por miembros del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, o Centro Nacional de Investigación Científica de Francia), abordó la cuestión en un nuevo estudio. El título es «Las montañas ecuatoriales de Plutón están cubiertas por heladas de metano como resultado de un proceso atmosférico único.El autor principal es Tanguy Bertand, quien actualmente es becario postdoctoral de la NASA en el Centro de Investigación Ames de la NASA. El estudio se publica en Nature Communications.
New Horizons encontró nieve en Pigafetta Montes y Elcano Montes, ubicados en Plutón Mácula de Cthulhu región del ecuador del planeta. La nieve de Plutón no es como la nieve de la Tierra; es metano congelado, no agua congelada. Pero Plutón es un mundo gélido con una atmósfera tenue y hay una escasa cantidad de metano en su atmósfera muy delgada. ¿Cómo se formó como nieve en las cimas de las montañas?
En la Tierra, la temperatura disminuye con la altitud debido a enfriamiento adiabático. A medida que el aire se mueve hacia arriba a lo largo de la ladera de una montaña, se expande, lo que conduce al enfriamiento. Lo contrario es cierto cuando el aire desciende: el aire se calienta. Cuando el aire húmedo asciende y se enfría lo suficiente, se condensa y cae como nieve. Es un fenómeno bien entendido aquí en la Tierra, pero no puede explicar la nieve de Plutón.
El equipo usó un modelo climático para descubrir cómo la nieve de metano llegó a caer sobre las montañas. La delgada atmósfera de Plutón es principalmente nitrógeno, con trazas de metano y monóxido de carbono. Con solo pequeñas cantidades de metano, es difícil dar cuenta de toda esa nieve.
Al trabajar con el modelo climático, los investigadores determinaron que la dinámica de la atmósfera de Plutón concentra el metano en altitudes más altas. Solo en la cima de las montañas hay suficiente metano para formar nieve. En altitudes más bajas, simplemente no hay suficiente metano.
Dado que Plutón no tiene una atmósfera gruesa y aislante como la Tierra, el planeta enano es más cálido en altitudes más altas debido a la radiación solar, ya que el metano de la atmósfera absorbe el calor. Esto está en efecto para los primeros kilómetros en altitud. Ese proceso de absorción de calor por parte del metano no tiene lugar en las zonas donde hay hielo de nitrógeno en la superficie, porque puede sublimar y enfriar los primeros kilómetros de altitud en la atmósfera.
La atmósfera de Plutón es demasiado delgada para calentar la superficie del planeta, por lo que cuando no hay nitrógeno congelado en la superficie, hay un «equilibrio radiativo local». Ese equilibrio es independiente de la altitud y es más frío que la atmósfera que se encuentra sobre él.
Como consecuencia, el aire cerca de la superficie se enfría, se vuelve más denso y quiere fluir pendiente abajo todo el tiempo. Las simulaciones climáticas realizadas por otros investigadores muestran que este mecanismo está presente en todo Plutón y en todo momento del día. El resultado es que Plutón está dominado por vientos descendentes. Es por eso que su formación de nieve es tan desconcertante. Es completamente diferente a la Tierra, donde el aire se enfría a medida que asciende y deposita su humedad en forma de nieve en las montañas.
“Es notable que dos fenómenos y dos materiales que son tan diferentes puedan producir el mismo paisaje cuando se ven con una resolución similar”.
De “Las montañas ecuatoriales de Plutón están cubiertas por heladas de metano resultantes de un proceso atmosférico único”
El equipo de investigadores descubrió que la atmósfera de Plutón circula de tal manera que el metano se concentra en altitudes más altas. Esa circulación es estacional y está impulsada por la sublimación en la superficie. Los autores se refieren a esto como «células de circulación inducidas por sublimación». A medida que el metano se vuelve más concentrado, alcanza un punto de saturación y cae como nieve sobre la superficie de las montañas.
También hay un circuito de retroalimentación involucrado. A medida que se forma nieve de metano en las montañas, aumenta el albedo, lo que lleva a un mayor enfriamiento. Con más enfriamiento viene más nieve de metano.
“En general, la formación de CH4 la escarcha en la cima de las montañas de Plutón parece ser impulsada por un proceso completamente diferente al que forma las montañas cubiertas de nieve en la Tierra, según nuestro modelo”, escribe el equipo en la conclusión de su artículo. “Es notable que dos fenómenos y dos materiales que son tan diferentes puedan producir el mismo paisaje cuando se ven con una resolución similar”.
Este es solo un ejemplo más de la complejidad de Plutón. Antes del sobrevuelo de New Horizons del planeta enano, no teníamos idea de que la superficie, la atmósfera y el clima eran tan complejos. Los científicos todavía están trabajando con todos los datos de la misión, así que quién sabe qué queda por descubrir.
También se habla de otra misión. New Horizons solo realizó un sobrevuelo de la enana de hielo, por lo que sus mejores datos están restringidos a un lado del mundo distante. El científico planetario Alan Stern fue el investigador principal de la misión New Horizons y cree que un misión orbital a Plutón es el siguiente paso. Un módulo de aterrizaje también podría ser parte de esa misión.
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