Благодаря воссозданным условиям, имитирующим поверхность Харона, спутника Плутона, ученым удалось разработать первую модель его изменчивой атмосферы.
Харон – один из пяти спутников Плутона. Его размеры настолько велики, что его можно рассматривать как часть двойной системы, состоящей из Плутона и Харона. Эта система расположена под значительным углом к орбитальной плоскости, из-за чего при смене сезонов полюса полностью освещаются Солнцем. Однако, «год» на Хароне длится 248 земных лет, поэтому и «весенние дни» в полушариях длятся годами. Согласно новым данным исследования, во время равноденствия дважды за «год» на Хароне происходят значительные изменения, вызванные воздействием солнечного света.
Поверхность Харона состоит из отложений замерзшего метана, азота и, вероятно, водяного льда. Под воздействием солнечного тепла метан активно испаряется, конденсируясь затем на противоположном полюсе. В течение этого времени, которое составляет примерно четыре земных года, плотность атмосферы значительно возрастает, увеличиваясь почти в тысячу раз.
Ранее полагалось, что появление красного пятна на полюсе связано с воздействием солнечного ультрафиолета на высвобождающийся метан. Однако, согласно новому исследованию, скорость образования наледи слишком велика для формирования соединений, отвечающих за красный оттенок. Полученные данные были представлены в двух публикациях в научных журналах Science Advances и Geophysical Research Letters.
Для изучения происходящих процессов исследователи воссоздали условия, характерные для поверхности Харона, в недавно открытом Центре лабораторных экспериментов по астрофизике и космическим наукам (CLASSE) при Юго-Западном исследовательском институте (США). Эксперименты в сверхвысоковакуумной камере позволили определить состав и цвет углеводородов, формирующихся при намерзании метана под ультрафиолетовым излучением.
Чтобы понять процессы, происходящие на всем Хароне, исследователи создали новую модель его тонкой атмосферы. Благодаря этому было установлено, что смена сезонов вызывает резкие колебания атмосферы.
Объединив данные, полученные в ходе высокоточных экспериментов, с новейшей моделью, исследователи выяснили, что на полюсах Харона преимущественно образуется этан — бесцветное вещество, которое не способно объяснить его красноватый оттенок. В связи с этим авторы предложили новую гипотезу:
«По мнению Уджевала Раута, ионизирующее излучение, исходящее от солнечного ветра, вызывает преобразование полярного льда, образовавшегося под воздействием ультрафиолетового излучения, в более сложные соединения красного цвета. Именно эти соединения придают таинственному спутнику характерное альбедо (Ujjwal Raut), главный автор статьи в Science Advances. — Этан обладает меньшей летучестью по сравнению с метаном и сохраняет свое замерзшее состояние после наступления равноденствия. В течение последующих десятилетий, под воздействием солнечного ветра, он формирует красноватые соединения. Таким образом, этот цвет возникает не в момент образования нового слоя, а при обнажении старого.
Первый и единственный на сегодняшний день взгляд землян на поверхность Харона был сделан в 2015 году, когда межпланетная станция «Новые горизонты» пролетала мимо него. Именно тогда ученые впервые заметили красное пятно на полюсе. Глубокие каньоны, расположенные вдоль экватора, свидетельствуют о том, что в прошлом Харон пережил активные геологические процессы. В настоящее время ученые работают над проектами возможных экспедиций к Плутону и Харону, однако ни одна из них пока не утверждена.