Моделирование атмосферы Плутона проводилось несколькими авторами. Как правило, в атмосфере Плутона выделяют два слоя: прозрачной изотермической верхней атмосферы, и нижней атмосферы, в которой возможно появление дымки и/или температурного градиента. По данным, полученным во время затмения 4 мая, на расстоянии 1275 км от центра Плутона (т.е. на высоте ~124 км от поверхности) давление атмосферы составляет 2.7 ± 0.2 микробар, а ее температура достигает 113 ± 2К. Это говорит о продолжении роста атмосферного давления и температуры с 1988 года.

Данные, полученные во время недавнего затмения, позволили исключить несколько климатических моделей Плутона. Фактически, согласованной с наблюдательными данными оказалась только одна модель – модель с высокой тепловой инерцией поверхности Плутона и наличием постоянной полярной шапки из азотного льда в северном полушарии.

Итак, что же оказалось?

Продолжающийся рост температуры и атмосферного давления в течении многих лет после прохождения Плутоном перигелия говорит о высокой тепловой инерции его поверхности. Авторы статьи оценивают ее в 1000-3162 Дж/(м² К сек^1/2) (Киффер). Эта величина гораздо больше, чем тепловая инерция поверхности Плутона, вычисленная на основе измерения суточных изменений температуры – 18 Киффер, или, например, чем тепловая инерция поверхности Мимаса, спутника Сатурна – 16-66 Киффер. Фактически, она оказывается сравнимой с тепловой инерцией монолитного (без пор и пустот) водяного льда при температуре 30-40К (2300-3500 Киффер).

Чем объяснить такое противоречие?

Авторы исследования полагают, что все дело в глубине, на которой проявляется тепловая инерция. Вариации температуры поверхности между днем и ночью затрагивают слой поверхности толщиной около 1 метра, тогда как сезонная модель учитывает тепловую инерцию грунта на глубину до сотен метров.

Интересно, что спутник Нептуна Тритон также демонстрирует признаки высокой тепловой инерции своей поверхности. Именно высокая тепловая инерция объясняет существование обнаруженной в 1989 году «Вояджером-2» полярной шапки из замерзшего азота в летнем полушарии Тритона, и она же необходима для объяснения растущего (с 1989 по 1995 год) атмосферного давления на Тритоне. Близость многих параметров Плутона и Тритона (массы, химического состава и пр.) говорит и о возможной схожести величин их тепловой инерции.

Почему же атмосфера Плутона не вымерзает? Авторы исследования полагают, что это вызвано особыми условиями инсоляции поверхности Плутона. Равноденствие на Плутоне происходит вблизи его перигелия и афелия. Во время прохождения карликовой планетой афелия и вскоре после него азотный иней лежит на поверхности обоих полушарий. Солнечный свет, поглощаемый поверхностью южного полушария (которое является летним во время движения Плутона от афелия к перигелию), приводит к сублимации азота и его перемещению в северное полушарие. Поглощение скрытой теплоты сублимации поддерживает постоянной температуру поверхности, покрытой азотным инеем, до тех пор, пока весь азот из южного полушария не испарится и не сконденсируется в северном полушарии. После этого температура южного полушария начинает повышаться, а температура северного, не подогреваемого больше выделением скрытой теплоты конденсации азотного льда – соответственно, падать. Однако из-за высокой тепловой инерции ледяной коры Плутона это падение температуры происходит достаточно медленно. Поверхность северного полушария Плутона успевает остыть всего на несколько градусов до того момента, как происходит смена сезонов, и зимнее полушарие снова начинает освещаться Солнцем.

Максимальная температура поверхности (~42K) достигается в южном полушарии во время прохождения планетой перигелия (примерно в это же время на Плутоне наступает равноденствие).

После прохождения перигелия поверхность в южном полушарии начинает медленно остывать. Примерно в 2035 году его температура упадет настолько, что азот начнет конденсироваться на поверхности в виде инея. Одновременно он начнет сублимировать в северном полушарии, теперь освещаемом Солнцем. Начнется перенос азота из северного полушария в южное, замыкающий сезонный цикл.

Авторы исследования надеются проверить свои выкладки в 2015 году, во время пролета через систему Плутона АМС «Новые горизонты».

Источник: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1309/1309.0841.pdf