قمر زحل تيتان مميز ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى اللون البرتقالي والجو الضبابي. يكاد يكون من المستحيل رؤية ميزات السطح لأن الضباب معتم للغاية في الجزء المرئي من الطيف ؛ ما نعرفه عنها يأتي من أشياء مثل صور الرادار ، بدلاً من ذلك. الضباب هو نتاج تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي العلوي ، مدفوعة بالأشعة فوق البنفسجية. ثم تتحول هذه إلى جزيئات عضوية أكبر وأكثر تعقيدًا (تذكير: هذا لا يعني بيولوجيًا).
أظهرت مهمة نيو هورايزونز إلى بلوتو أن الكوكب القزم به ضباب أيضًا. إنه أقل بروزًا في الغلاف الجوي الضئيل لبلوتو ، لكنه موجود (إنه في الواقع مشابه للغلاف الجوي على قمر نبتون. تريتون). نظرًا لأن الغلاف الجوي لبلوتو لا يختلف كثيرًا عن الروافد العليا للغلاف الجوي لتيتان ، فقد كان يُعتقد أن نفس الكيمياء هي المسؤولة.
لكن دراسة جديدة بقيادة بانايوتيس لافاس في جامعة ريمس ، يُظهر شامبين أردين أن ضباب بلوتو قد يتطلب تفسيرًا مختلفًا. يحتوي الغلاف الجوي على كلا الجسمين على الميثان وأول أكسيد الكربون والنيتروجين. ولكن إذا عملت عملية تيتان بنفس المعدل على بلوتو ، فلن ينتج عنها ما يكفي من جزيئات الضباب لمطابقة ما قمنا بقياسه هناك. نظرًا لأن الغلاف الجوي لبلوتو أكثر برودة من الغلاف الجوي العلوي على تيتان ، يجب أن تعمل كيمياء جزيئات الضباب أبطأ على بلوتو.
هل يمكن أن تكون بعض العمليات الأخرى مهمة؟ للتلاعب بهذه الفكرة ، استخدم فريق البحث نماذج محاكاة لكيمياء الغلاف الجوي ، بما في ذلك فيزياء الجسيمات التي تستقر في اتجاه سطح بلوتو. تظهر المحاكاة التفاعلات بوجود الأشعة فوق البنفسجية التي تشكل بعض المركبات العضوية البسيطة ، كما هو الحال في تيتان. لكن هذه المواد الكيميائية لا تزال مشتتة. من أجل إنتاج ضباب ، تحتاج إلى صنع جزيئات تتضمن هذه المركبات ، وهنا تتباعد الأشياء.
على بلوتو ، تبدأ الأشياء بسيانيد الهيدروجين (واحد هيدروجين ، واحد كربون ، واحد نيتروجين) ، والذي يمكن أن يتجمد إلى جزيئات جليدية صغيرة في الغلاف الجوي العلوي. تبدأ هذه في الاستقرار بسبب الجاذبية. عندما تستقر ، فإنها تعمل كبذور ، مما يسمح للمركبات العضوية البسيطة الأخرى في الطور الغازي بالتكثف على سطحها. وبهذه الطريقة ، يمكنهم المساهمة في بناء جزيئات ضبابية بدون كل ردود الفعل لبناء جزيئات أكثر تعقيدًا كما هو الحال في تيتان.
بالقرب من سطح بلوتو ، تستقر الجزيئات ببطء أكبر وتزداد درجات الحرارة. إذا كانت جزيئات جليد سيانيد الهيدروجين عارية ، يشير النموذج إلى أنها من المحتمل أن تتسامى ، وتعود إلى غاز. ومع ذلك ، فإن طبقة المواد العضوية الأخرى المحيطة بها تعزلها وتحافظ عليها. تصادم الجسيمات تصبح مهمة أيضًا ، وتشكل كتلًا أكبر من الجسيمات. بالإضافة إلى سلوك طلاء الجسيمات هذا ، فإن بعض المواد العضوية البسيطة الأخرى قادرة أيضًا على التجميد من تلقاء نفسها ، مما يساهم في زيادة الجسيمات.
النتيجة النهائية في النموذج هي صورة جانبية رأسية للكيمياء وجزيئات الضباب التي تتوافق بشكل أكبر مع قياسات الغلاف الجوي لبلوتو. بالمقارنة مع تيتان ، يعتمد هذا التفسير على جزيئات الجليد العضوية البسيطة بدلاً من تكوين جزيئات عضوية أكبر وأكبر.
سيكون لهذا في الواقع بعض العواقب على درجات الحرارة في الغلاف الجوي لبلوتو. مقارنة بجزيئات الضباب في تيتان ، يجب أن تمتص جزيئات الجليد هذه طاقة شمسية واردة أقل وتكون أقل فعالية في بعث الطاقة إلى الفضاء. يقول الباحثون إن العمل على هذا الأمر سيأخذ تقديرات أفضل للخصائص البصرية لهذا المزيج من الجسيمات ، ولكنه سيتطلب بعض إعادة التفكير في نموذج بلوتو للمناخ.
بالنسبة إلى ضباب تريتون ، يقولون إنه على الأرجح نسخة أكثر تطرفًا من عملية بلوتو. مع وجود درجات حرارة أكثر برودة على هذا القمر ، فإن جزيئات الجليد المتكونة في البداية سوف تهيمن ، تاركة دورًا أصغر لعملية طلاء الجسيمات المختلطة. لذا فإن هذين العالمين سيختلفان بشدة عن تيتان – وليس فقط لأنهما يبدوان مثل كرات الثلج البيضاء بدلاً من نفخة برتقالية ناعمة من السحابة.
علم الفلك الطبيعي ، 2020. DOI: 10.1038 / s41550-020-01270-3 (حول DOIs).
