martes, 14 de julio de 2015

El misterio del enfriamiento de la estratosfera de Plutón

Dibujo20150713 pluto - charon - stellar occultation in 2012 - paranal vlt - naco h-band

La atmósfera de Plutón se ha podido estudiar gracias a dos ocultaciones estelares, el 18 de julio de 2012 y el 04 de mayo 2013. Se obtuvieron quince curvas de luz que permiten estudiar la atmósfera entre ~1190 km (~11 μbar de presión) y ~1450 km (~0,1 μbar) desde el centro de Plutón. El perfil de temperatura tiene un máximo de 110 K a ~1215 km (~6 μbar) que decrece hasta unos 81 K a ~1390 km (0,25 μbar).
En la Tierra la atmósfera es más fría conforme nos alejamos de la superficie, pero en Plutón se observa una inversión de temperatura y la temperatura de la atmósfera crece unos 6 grados por cada kilómetro de altura hasta alcanzar un máximo de unos 110 K. 
Los modelos teóricos predicen un máximo de unos 130 K. ¿Por qué?
 No lo sabemos. New Horizons de la NASA deberá desvelar este misterio. 
Por cierto, la atmósfera de Plutón está formada sobre todo por nitrógeno molecular gaseoso (97%), como la de la Tierra (78%), la de Titán, luna de Saturno (96%) o la de Tritón, luna de Neptuno (99,9%). Además contiene metano (2,5%) y monóxido de carbono (0,5%).
El artículo es A. Dias-Oliveira et al., Pluto’s atmosphere from stellar occultations in 2012 and 2013,” arXiv:1506.08173 [astro-ph.EP], 26 Jun 2015.
Dibujo20150713 pluto - new horizons 7 july 2015 - painted by don dixon 1979
La atmósfera terrestre tiene menos de 1000 km de grosor, con el 75% de masa por debajo de 11 km de altura (desde la superficie del mar). Plutón es más pequeño que la Luna (su diámetro es 2/3 del lunar) por lo que su gravedad es tan baja que su tenue atmósfera (descubierta en 1988 gracias a una ocultación estelar) supera los 1500 km de altura.
 Sabemos que el principal gas de dicha atmósfera es nitrógeno molecular desde 1993. Otra ocultación estelar en 2002 permitió saber que la atmósfera plutoniana es dinámica y se había expandido en lugar de contraerse desde 1988 (J. L. Elliot et al., “The recent expansion of Pluto’s atmosphere,” Nature 424: 165-168, 10 Jul 2003, doi:10.1038/nature01762).
Dibujo20150713 pluto atmosphere - nitrogen - temperature - pressure
En la Tierra la atmósfera es más fría conforme nos alejamos de la superficie, pero en Plutón se observa una inversión de temperatura y la temperatura de la atmósfera crece unos 6 grados por cada kilómetro de altura. La razón es el efecto invernadero debido al metano (un potente gas de efecto invernadero). Los modelos climáticos que tienen en cuenta la presencia de una fina capa de metano superficial que se sublima hacia la atmósfera explican las líneas maestras de este efecto. Sin embargo, predicen un pico de temperatura de unos 130 K, cuando los nuevos datos (mostrados en esta figura) indican una temperatura pico de 110 K. La incorporación del monóxido de carbono a dichos modelos no permite explicar esta diferencia.
Dibujo20150713 calculation cooling rates co and hcn - pluto atmosphere
El mecanismo de enfriamiento de la alta atmósfera plutoniana, que impide alcanzar los 130 K de temperatura pico en la estratopausa, todavía es un misterio, pero se cree que junto con el monóxido de carbono podría jugar un papel esencial la presencia de cianuro de hidrógeno.
 El nuevo artículo presenta curvas teóricas para su posible incorporación a los modelos climáticos con objeto de estimar con precisión la curva de temperatura atmosférica.
Debemos ser cautos con estos modelos teóricos. 
El sobrevuelo de New Horizons de la NASA nos proporcionará información muy detallada de la temperatura y composición de la atmósfera de Plutón. 
El espectrómetro ultravioleta Alice y el experimento de radio REX, además de tratar de descubrir si Caronte también tiene una atmósfera, nos darán información permitirá desvelar el misterio del enfriamiento de la estratosfera plutoniana.