Toen Pluto in de nacht van 15 augustus 2018 voor een ster langs schoof, had een team van astronomen onder leiding van het Southwest Research Institute op tal van plaatsen in de VS en Mexico telescopen opgesteld om de atmosfeer van Pluto te observeren toen deze kortstondig werd beschenen door de goedgeplaatste ster. Wetenschappers gebruikten deze occultatie om de totale dichtheid van Pluto's ijle atmosfeer te meten en vonden overtuigende aanwijzingen dat deze begint te verdwijnen en weer bevriest op zijn oppervlak naarmate het verder weg van de zon komt te staan. De occultatie duurde ongeveer twee minuten en tijdens deze periode verdween de ster voor het zicht van de astronomen doordat Pluto en zijn atmosfeer er voorlangs bewogen. De snelheid waarmee de ster verdween en weer verscheen, bepaalde het dichtheidsprofiel van Pluto's atmosfeer.
"Wetenschappers hebben sinds 1988 occultaties gebruikt om veranderingen in de atmosfeer van Pluto te monitoren," zegt Dr. Eliot Young, een senior programma manager in SwRI's Space Science and Engineering Division. "De New Horizons-missie verkreeg een uitstekend dichtheidsprofiel van zijn 2015 flyby, consistent met Pluto's bulkatmosfeer die elke tien jaar verdubbelt, maar onze 2018-waarnemingen laten niet zien dat die trend zich voortzet vanaf 2015."
Verschillende telescopen die in het midden van het pad van de schaduw zijn opgesteld, hebben een fenomeen waargenomen dat een "centrale flits" wordt genoemd, veroorzaakt door Pluto's atmosfeer die licht brekend in een regio in het centrum van de schaduw. Bij het meten van een occultatie rond een object met een atmosfeer, dimt het licht naarmate het door de atmosfeer gaat en keert dan geleidelijk terug. Dit levert een matige helling op aan beide uiteinden van de U-vormige lichtcurve. In 2018 zorgde de breking door Pluto's atmosfeer voor een centrale flits nabij het centrum van zijn schaduw, waardoor deze in een W-vormige curve veranderde. "De centrale flits die in 2018 werd gezien, was verreweg de sterkste die iemand ooit in een Pluto occultatie heeft gezien," zei Young. "De centrale flits geeft ons zeer nauwkeurige kennis van Pluto's schaduwpad op de aarde."
Net als de aarde bestaat de atmosfeer van Pluto voornamelijk uit stikstof. In tegenstelling tot de aarde wordt de atmosfeer van Pluto ondersteund door de dampdruk van zijn oppervlakte-ijs, wat betekent dat kleine veranderingen in de temperatuur van het oppervlakte-ijs zouden resulteren in grote veranderingen in de bulkdichtheid van zijn atmosfeer. Pluto doet er 248 aardjaren over om een volledige baan rond de zon af te leggen, en zijn afstand varieert van het dichtste punt, ongeveer 30 astronomische eenheden van de zon (1 AE is de afstand van de aarde tot de zon), tot 50 AE van de zon. De afgelopen kwart eeuw heeft Pluto steeds minder zonlicht ontvangen naarmate hij verder van de zon kwam te staan, maar tot 2018 bleven zijn oppervlaktedruk en atmosferische dichtheid toenemen. Wetenschappers schreven dit toe aan een fenomeen dat bekend staat als thermische traagheid.
"Een analogie hiervan is de manier waarop de zon zand op een strand opwarmt," zegt SwRI-stafwetenschapper Dr. Leslie Young, die gespecialiseerd is in het modelleren van de interactie tussen de oppervlakken en atmosferen van ijzige lichamen in het buitenste zonnestelsel. "Het zonlicht is het hevigst rond het middaguur, maar het zand blijft dan in de loop van de middag de warmte opnemen, zodat het aan het eind van de middag het heetst is. Het feit dat de atmosfeer van Pluto blijft bestaan, suggereert dat de stikstofijsreservoirs op Pluto's oppervlak warm werden gehouden door opgeslagen warmte onder het oppervlak. De nieuwe gegevens suggereren dat ze beginnen af te koelen." Het grootste bekende stikstofreservoir is Sputnik Planitia, een heldere gletsjer die de westelijke lob vormt van de hartvormige Tombaugh Regio. De gegevens zullen atmosferische modelleerders helpen hun begrip van de onderlagen van Pluto te verbeteren, vooral wat betreft samenstellingen die compatibel zijn met de waargenomen grenzen aan warmteoverdracht.
Bron: Southwest Research Institute
