Исследование, основанное на данных телескопа James Webb и проведённое под руководством Танги Бертрана из Парижской обсерватории, подтвердило наличие дымки в атмосфере Плутона. Данный слой взвешенных частиц был предложен в 2017 году для объяснения аномалии, обнаруженной зондом New Horizons двумя годами ранее: интенсивной утечки метана и других органических молекул в космос, часть которых оседает на спутнике Плутона — Хароне. Благодаря высокой чувствительности в среднем инфракрасном диапазоне James Webb чётко различил излучение от Плутона и Харона, окончательно подтвердив существование дымки и её роль в атмосферных процессах.
Атмосфера Плутона очень разрежена и в основном состоит из азота с небольшими примесями метана, окиси углерода и сложных углеводородов. Несмотря на низкое атмосферное давление (всего 13 микробар), утечка газа значительна из-за слабой гравитации карликовой планеты. Ультрафиолетовое излучение Солнца обеспечивает энергией, необходимой для «выталкивания» молекул из атмосферы, вызывая процессы фотодиссоциации и локального нагрева даже на таком расстоянии.
Дым выполняет две функции: он нагревает верхние слои атмосферы, поглощая ультрафиолетовые лучи, однако в то же время приводит к общему охлаждению, сокращая количество энергии, которое держит система атмосферы.
Изменение состояния облаков тумана: снижение температуры и утечка в атмосферу.
Обнаруженная космическим телескопом Джеймса Уэбба дымка состоит из твердых аэрозольных частиц, расположенных в верхних слоях атмосферы Плутона, особенно в мезосфере на высоте от 20 до 40 километров. В этом регионе температура падает до -203 °C при градиенте охлаждения 0,2 °C на каждый километр.
Ранее сделанные New Horizons наблюдения показали, что нагрев превышает расчетное значение. Наличие дымки объяснило эту загадку: она излучает тепловую энергию в среднем инфракрасном диапазоне, компенсируя избыточный нагрев и восстанавливая радиационный баланс.
Дымкой обеспечивается не только охлаждение, но и утечка атмосферы. Частицы поглощают жёсткий ультрафиолетовый свет Солнца и передают его окружающим молекулам, преимущественно метану, который в итоге выбрасывается в космос. Учёные оценивают потери Плутона метаном примерно в 1,3 килограмма за секунду. Примерно 25% этого газа улавливается Хароном, где взаимодействует с ледяной поверхностью и образует органические соединения, придающие полюсам спутника красноватый оттенок.
В нашей звездной системе это первый зарегистрированный пример, когда атмосфера одной небесной сущности прямо переходит к другой.
Влияние на климат Плутона и астроихимию планет.
Дымка оказывает существенное влияние на климатологию Плутона. Её комбинированное воздействие нагревания и охлаждения регулирует атмосферную циркуляцию, сезонные колебания температуры, а также циклы испарения и конденсации метана, азота и монооксида углерода.
В леднике Sputnik Planitia накапливаются газы, выполняя роль сезонного резервуара. Характер орбиты Плутона с высокой эксцентричностью обуславливает резкие перепады количества солнечной радиации в течение его года, который длится около 248 земных лет. В связи с этим влияние дымки существенно меняется в зависимости от сезона.
Астрохимия находит параллели между Плутоном, Титаном и ранней Землей. Как и на Плутоне, солнечный свет на Титане вызывает фотохимические реакции, создающие плотные углеводородные облака. Возможно, до появления кислорода на Земле происходили аналогичные явления. Изучение состава и эволюции дымки Плутона может дать важные сведения не только о климате ледяных тел внешней Солнечной системы, но и об атмосферной эволюции нашей планеты в древности.