< Новые данные о малых спутниках Плутона

Угарный газ и синильная кислота в атмосфере Плутона

Наблюдения спектральных линий угарного газа и синильной кислоты в спектре Плутона с помощью субмиллиметрового радиотелескопа ALMA позволили точно прозондировать атмосферу планеты на разных высотах.

---

Владислава Ананьева

Плутон окружен разреженной атмосферой, состоящей в основном из азота. Наблюдения затмений Плутоном фоновых звезд позволили установить ее основные свойства. Как оказалось, атмосферное давление у поверхности испытывает сильные сезонные вариации, напоминающие вариации атмосферного давления в атмосфере Марса – находясь в динамическом равновесии с летучими льдами, атмосферные газы конденсируются на поверхности Плутона вблизи афелия и вновь сублимируют по мере приближения планеты к перигелию. Так, за последнюю четверть века атмосферное давление у поверхности Плутона выросло почти втрое! В настоящее время оно оценивается в 10-14 микробар по наблюдениям звездных затмений и в 11 ± 1 микробар по данным КА «Новые Горизонты». На 99.5% атмосфера состоит из азота, на 0.5% – из метана, остальные вещества присутствуют в виде незначительных примесей.

12 и 13 июня 2015 года, т.е. за месяц до сближения с Плутоном КА «Новые Горизонты», Плутон наблюдал субмиллиметровый радиотелескоп ALMA, расположенный в пустыне Атакама (Чили). Наблюдения проводились в лучах с частотами вблизи 350 ГГц (длина волны ~0.86 мм). В наблюдениях было задействовано 39 отдельных антенн диаметром 12 метров, работающих в режиме интерферометра. Разрешение антенной решетки ALMA во время этих наблюдений составило 0.35 угловых секунд, что соответствует линейному расстоянию 8100 км. Таким образом, пара Плутон и Харон оказалась разрешенной, однако и Плутон, и Харон выглядели точечными источниками.

Во время наблюдений были зафиксированы спектральные линии в миллиметровом диапазоне, соответствующие вращательным переходам (3-2) в молекуле угарного газа CO и (4-3) в молекуле синильной кислоты HCN. Изучение профилей линий позволило определить параметры атмосферы Плутона в широком диапазоне высот. В частности в атмосфере планеты впервые была обнаружена синильная кислота.

Ученые довольно точно измерили долю угарного газа в приповерхностном воздухе Плутона – она оказалась равной 515 ± 40 ppm (миллионных долей) на уровне давления 12 микробар. На высоте 300 км температура атмосферы составила 70 ± 2К – в хорошем соответствии с данными, полученными «Новыми Горизонтами». 

Доля синильной кислоты в составе атмосферы оказалась неожиданно большой – больше 1.5·10^-5 на высоте 450 км и 4·10^-5 на высоте 800 км. С учетом низких температур, царящих в верхней атмосфере Плутона, это на 7-8 порядков превышает уровень насыщенных паров. Возможно, синильная кислота не конденсируется из-за отсутствия центров конденсации или низкой скорости протекания этого процесса в очень разреженных слоях атмосферы на больших высотах. Интегральное количество синильной кислоты в атмосферном столбе авторы исследования оценили в (1.6 ± 0.4)·10¹⁴ молекул/кв.см.

Кроме «обычной» синильной кислоты, в состав которой входит атом ¹⁴N, ученые поискали спектральные следы ее изотопного варианта HC¹⁵N. Соответствующие линии зафиксировать не удалось, что дает нижний предел на соотношение ¹⁴N/¹⁵N > 125. Это существенно больше, чем в составе атмосферы Титана (¹⁴N/¹⁵N ~ 60), но меньше, чем на Земле (¹⁴N/¹⁵N ~ 270), в составе комет (¹⁴N/¹⁵N ~ 125-150) и в протосолнечной туманности (¹⁴N/¹⁵N ~ 440). Выяснение точного изотопного соотношения ¹⁴N/¹⁵N в составе Плутона является целью будущих исследований.

Источник: http://arxiv.org/pdf/1606.03293v1.pdf

---