تینا مزدکی_بررسیهای جدید نشان میدهد جو پلوتو که احتمالاً به شکلی پیوسته یا چرخهای میلیونها سال است در این جرم دوردست وجود دارد، ممکن است وارد مرحله تازهای شده باشد. دادههای حاصل از رصد اختفاهای ستارهای نشان میدهند فشار جوی پلوتو پس از یک دوره طولانی ثبات، از حدود سال ۲۰۲۱ شروع به کاهش کرده و در یکی از مدلهای بررسیشده، این کاهش به ۱۶ درصد رسیده است. از آنجا که پلوتو تا سال ۲۱۱۴ همچنان از خورشید دورتر خواهد شد، اخترشناسان احتمال میدهند بخشی از نیتروژن موجود در جو بهتدریج متراکم شده و به شکل یخ روی سطح این جرم آسمانی بازگردد.
مطالعهای که در سال ۲۰۲۶ در نشریه The Planetary Science Journal منتشر شده، نشان میدهد فشار جوی پلوتو پس از دورهای تقریباً پایدار که از زمان عبور فضاپیمای نیوهورایزنز در سال ۲۰۱۵ تا حدود سال ۲۰۲۱ ادامه داشت، احتمالاً شروع به کاهش کرده است. در مدلی که مه و ذرات معلق جو را نیز در نظر میگیرد، فشار جو پس از سال ۲۰۲۱ حدود ۱۶ درصد کمتر برآورد شده است.
با این حال، این اتفاق لزوماً به معنای از بین رفتن جو پلوتو نیست. گازی که از جو کم شده احتمالاً تا حد زیادی به فضای بینسیارهای فرار نکرده، بلکه با کاهش دما روی سطح پلوتو متراکم شده و دوباره به شکل یخ نیتروژن درآمده است. به بیان سادهتر، بخشی از «آسمان» پلوتو ممکن است در حال تبدیل شدن به یخ روی سطح آن باشد.
یک ستاره دوردست، فشارسنج پلوتو شد
هیچ فضاپیمایی در مدار پلوتو قرار ندارد. فضاپیمای نیوهورایزنز در ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵ از نزدیکی این جرم عبور کرد و پس از ثبت اطلاعات ارزشمند، مسیر خود را به سمت کمربند کویپر ادامه داد. از آن زمان، اخترشناسان برای بررسی جو پلوتو تا حد زیادی از روشی به نام «اختفای ستارهای» استفاده میکنند.
در این روش، زمانی که پلوتو از مقابل یک ستاره دوردست عبور میکند، نور ستاره پیش از ناپدید شدن کامل، از جو پلوتو عبور میکند. جو باعث شکست و جذب بخشی از نور میشود و در نتیجه، افت تدریجی نور ستاره ایجاد میشود.
شکل این افت نور به دانشمندان اجازه میدهد اطلاعاتی درباره فشار، دما و ساختار جو پلوتو به دست آورند.
در مطالعه جدید، دادههای ۱۰ اختفای ستارهای بین اوت ۲۰۱۷ تا ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۳ بررسی شده است. چهار رویداد از چند مسیر مختلف در سایه پلوتو ثبت شدند و شش رویداد تنها از یک مکان رصدی مشاهده شدند. دادههای چندمسیره اطلاعات دقیقتری ارائه میکنند، در حالی که تفسیر رصدهای تکمسیره دشوارتر است.
این روش البته جدید نیست. اخترشناسان نخستین بار در سال ۱۹۸۸ و با استفاده از اختفای ستارهای موفق به شناسایی جو پلوتو شدند؛ یعنی نزدیک به سه دهه پیش از آنکه نیوهورایزنز از کنار این جرم عبور کند.
کاهش ۱۶ درصدی فشار چگونه محاسبه شد؟
بیشترین کاهش فشار در مدلی به دست آمده که مه موجود در بخش پایینی جو پلوتو را نیز در نظر میگیرد. در این مدل، فشار در شعاع ۱٬۲۱۵ کیلومتری از مرکز پلوتو از ۶٫۱۷ میکروبار در دوره ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ به ۵٫۲۰ میکروبار پس از سال ۲۰۲۱ رسیده است؛ یعنی حدود ۱۶ درصد کاهش، با عدمقطعیتی حدود ۲ واحد درصد.
اما یک روش دیگر نتیجه محتاطانهتری ارائه میدهد. پژوهشگران با بررسی بخش شفافتر و بالاتر جو، کاهش فشار را حدود ۷ درصد برآورد کردند؛ البته با عدمقطعیتی معادل ۶ واحد درصد.
بنابراین، عدد ۱۶ درصد را نباید به معنای اندازهگیری مستقیم فشار در دو تاریخ مشخص دانست. این عدد از مقایسه مجموعه دادههای دوره ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ با دادههای پس از آن به دست آمده و رصدهای دقیقتر سال ۲۰۲۲ نقش مهمی در این نتیجه داشتهاند. داده مربوط به ژوئیه ۲۰۲۳ نیز به دلیل سیگنال ضعیف و تکمسیره بودن، عدمقطعیت زیادی دارد.
به همین دلیل، پژوهشگران میگویند شواهد نشان میدهند فشار جو احتمالاً شروع به کاهش کرده است، اما هنوز برای تعیین دقیق روند آینده آن داده کافی در اختیار نداریم.
چرا جو پلوتو با وجود دور شدن از خورشید، سالها افزایش یافت؟
پلوتو در سال ۱۹۸۹ به نزدیکترین فاصله خود از خورشید رسید و از آن زمان در حال دور شدن از خورشید است. بنابراین انتظار میرفت جو آن نیز بلافاصله شروع به کاهش کند، اما چنین اتفاقی نیفتاد.
رصدها نشان میدهند فشار جوی پلوتو از سال ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۲ تقریباً دو برابر شد. پس از توقفی کوتاه در سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷، فشار دوباره افزایش یافت و این روند تا حدود سال ۲۰۱۵ ادامه پیدا کرد. پس از آن نیز فشار جو تا سال ۲۰۲۱ تقریباً ثابت ماند.
دلیل این رفتار به شرایط خاص پلوتو برمیگردد. این جرم دارای محور چرخشی بسیار مایل، مداری کشیده و لایههای زیرسطحی است که میتوانند گرما را برای مدت طولانی ذخیره کنند. بنابراین، تغییرات جو تنها به فاصله پلوتو از خورشید وابسته نیست؛ بلکه محل تابش نور خورشید، میزان یخهای سطحی و گرمای ذخیرهشده در زیر سطح نیز در آن نقش دارند.
سطح و جو پلوتو یک چرخه نیتروژنی را تشکیل میدهند
جو پلوتو عمدتاً از نیتروژن تشکیل شده و مقادیر کمتری متان و مونوکسید کربن نیز دارد. در سطح این جرم نیز ذخایر عظیمی از یخ نیتروژن وجود دارد که بخش مهمی از آن در منطقهای به نام «دشت اسپوتنیک» قرار گرفته است.
این یخها ثابت و بدون تغییر نیستند. نیتروژن موجود در سطح میتواند با افزایش دما مستقیماً از حالت جامد به گاز تبدیل شود و وارد جو شود. با کاهش دما نیز همین گاز میتواند دوباره متراکم شده و به شکل یخ روی سطح بنشیند.
به همین دلیل، جو و سطح پلوتو را باید بخشی از یک چرخه واحد دانست. اگر دما کاهش پیدا کند، بخشی از نیتروژن موجود در جو میتواند به سطح بازگردد و فشار جو کاهش یابد.
فضاپیمای نیوهورایزنز نیز هنگام عبور از کنار پلوتو، لایههای متعدد مه را در اطراف این جرم مشاهده کرد. مطالعه جدید نشان میدهد ساختار کلی بخش بالایی جو بین سالهای ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۳ تغییر چشمگیری نکرده، اما بخشهای پایینتر تغییراتی داشتهاند. این تغییرات میتواند ناشی از تغییر دما، تغییر میزان مه یا ترکیبی از هر دو باشد.
«فروپاشی جو» به معنای ناپدید شدن پلوتو نیست
گاهی در توصیف چنین فرایندی از اصطلاح «فروپاشی جو» استفاده میشود، اما این عبارت ممکن است گمراهکننده باشد.
در واقع، اگر فشار جو کاهش پیدا کند، لزوماً به این معنا نیست که نیتروژن از پلوتو خارج شده است. بخشی از این گاز ممکن است تنها تغییر حالت داده و به یخ تبدیل شده باشد.
مدلهای علمی درباره سرنوشت جو پلوتو نیز یکسان نیستند. برخی مدلهای قدیمیتر احتمال میدادند بخش عمده جو در دورههای سردتر مدار پلوتو منجمد شود. مدلهای جدیدتر اما نشان میدهند که به دلیل وجود ذخایر عظیم نیتروژن در دشت اسپوتنیک و توانایی لایههای زیرسطحی در ذخیره گرما، احتمال دارد حتی در سردترین دورهها نیز یک جو بسیار رقیق در اطراف پلوتو باقی بماند.
بنابراین، هنوز مشخص نیست که در آینده با یک جو نازکتر، یک جو موقتاً محدود به برخی مناطق یا یک فروپاشی شدید و تقریباً کامل مواجه خواهیم بود.
آیا جو پلوتو میلیونها سال است که وجود دارد؟
دانشمندان نمیتوانند با مشاهده مستقیم ثابت کنند که جو پلوتو میلیونها سال بدون وقفه وجود داشته است. نخستین شواهد مستقیم از این جو تنها در سال ۱۹۸۸ به دست آمد.
با این حال، بررسی ذخایر نیتروژن سطحی، شواهد زمینشناختی، میزان فرار گازها از جو و مدلهای اقلیمی نشان میدهد پلوتو احتمالاً در طول میلیونها سال بارها میان دورههای جوی مختلف جابهجا شده است.
در این سناریو، ممکن است جو برای مدتی منقبض شود، نیتروژن روی سطح به شکل یخ ذخیره شود و در دورهای گرمتر دوباره بخشی از این یخ تصعید شده و جو را تقویت کند.
برخی مدلها چرخه نیتروژن پلوتو را در بازهای حدود ۳۰ میلیون سال بررسی کردهاند و نشان دادهاند که تغییرات مدار و محور چرخش این جرم میتواند باعث جابهجایی گسترده نیتروژن میان سطح و جو شود.
بنابراین، منظور از ماندگاری جو در مقیاس میلیونها سال این نیست که فشار و ترکیب جو همیشه مانند امروز بوده است؛ بلکه چرخهای که امکان شکلگیری و بازسازی جو را فراهم میکند، احتمالاً برای مدت بسیار طولانی فعال بوده است.
سال ۲۱۱۴ پایان جو پلوتو نیست
پلوتو در طول مدار خود بین حدود ۳۰ تا ۴۹٫۳ واحد نجومی از خورشید فاصله میگیرد و انتظار میرود حدود سال ۲۱۱۴ به دورترین نقطه مدار خود از خورشید برسد.
اما این تاریخ به معنای «تاریخ انقضای» جو پلوتو نیست. وضعیت جو به عوامل مختلفی از جمله توزیع یخ نیتروژن، گرمای زیرسطحی و چرخه فصلی بستگی دارد و ممکن است بیشینه یا کمینه فشار با زمان نزدیکترین یا دورترین فاصله از خورشید دقیقاً همزمان نباشد.
پلوتو همین موضوع را پیشتر نیز نشان داده است؛ این جرم پس از عبور از نزدیکترین فاصله خود از خورشید در سال ۱۹۸۹، برای چند دهه شاهد افزایش فشار جو بود.
از زمان کشف پلوتو در سال ۱۹۳۰، این جرم هنوز حتی یک دور کامل به دور خورشید نزده است. بنابراین، دانشمندان تاکنون تنها بخش کوچکی از چرخه بسیار طولانی اقلیمی آن را مشاهده کردهاند.
برخی مدلها روند کاهش فشار را از حدود سال ۲۰۲۵ پیشبینی میکنند، در حالی که مدلهای دیگر معتقدند این کاهش ممکن است تا اواخر دهه ۲۰۲۰ بهوضوح قابل تشخیص نباشد. میزان کاهش نهایی فشار نیز در مدلهای مختلف متفاوت است.
شواهد جدید مهماند، اما هنوز نتیجه قطعی نیست
دادههای جدید قویترین نشانه تاکنون از این موضوع هستند که دوره طولانی ثبات فشار جوّی پلوتو ممکن است به پایان رسیده باشد. با این حال، محدودیتهایی نیز در این دادهها وجود دارد.
نسبت سیگنال به نویز در ۱۰ رویداد بررسیشده بین ۲ تا ۱۵۸ بوده است. همچنین، رصدهای تکمسیره میتوانند تشخیص اندازه واقعی جو از مسیر عبور نور ستاره را دشوار کنند. نحوه مدلسازی مه جوی نیز بر نتیجه نهایی تأثیر میگذارد.
به همین دلیل، پژوهشگران با احتیاط میگویند فشار جوّی پلوتو احتمالاً شروع به کاهش کرده است، نه اینکه با قطعیت اعلام کنند جو این جرم در مسیر نابودی قرار گرفته است.
نتیجه کاهش ۱۶ درصدی در مدل شامل مه، مهمترین نشانه از آغاز این روند است؛ اما نتیجه ۷±۶ درصدی در مدل مربوط به بخش بالایی جو، عدمقطعیت دادههای سال ۲۰۲۳ و ثابت ماندن ساختار بخش بالایی جو نشان میدهد برای رسیدن به نتیجه قطعی به رصدهای بیشتری نیاز است.
اختفاهای ستارهای آینده میتوانند در این زمینه بسیار مهم باشند. هر رویداد تنها چند دقیقه طول میکشد و ممکن است از مسیر محدودی روی زمین قابل مشاهده باشد، اما کنار هم قرار دادن این دادهها میتواند به اخترشناسان اجازه دهد تغییرات جوّی پلوتو را در طول سالهای آینده دنبال کنند.
در نهایت، آنچه احتمالاً در پلوتو رخ میدهد، ناپدید شدن ساده جو نیست؛ بلکه بخشی از نیتروژن میان آسمان و سطح این جرم در حال جابهجایی است. اگر دما کاهش یابد، این گاز میتواند به یخ تبدیل شود و روی سطح بنشیند و اگر شرایط در آینده دوباره گرمتر شود، بخشی از همین یخ میتواند تصعید شده و بار دیگر به جو بازگردد.
منبع: spacedaily
۳۲۳
