El corazón helado de Plutón «late», impulsando vientos a escala planetaria.

New Horizons de la NASA capturó esta vista de color mejorado de Plutón el 14 de Julio de 2015. La imagen resuelve detalles tan pequeños como 0.8 millas (1.3 kilómetros).
Crédito: NASA / JHUAPL / SwRI .

Las nuevas simulaciones por computadora sugieren que el «latido» del corazón helado de Plutón provoca vientos débiles en este mundo remoto en el Sistema Solar Exterior.

La Figura 2 . 
Un mapa de Plutón que incluye nombres oficiales aprobados de las características. 
Crédito de imagen: 
NASA / JHUAPL / SwRI.

Cuando la misión New Horizon de la NASA voló por Plutón en 2015, las imágenes que devolvió capturaron la imaginación, especialmente las de la región en forma de corazón llamada Tombaugh Regio. El lóbulo izquierdo del corazón se llama Sputnik Planitia: una cuenca de impacto de 3 km de profundidad llena de hielo de nitrógeno.

Ahora, Tanguy Bertrand (Centro de Investigación Ames de la NASA) y sus colegas piensan que la transformación de nitrógeno dentro de esa cuenca determina el patrón de los vientos sutiles en todo el planeta enano. Sus hallazgos fueron publicados en línea el 4 de febrero en el Journal of Geophysical Research .

Vientos en un mundo remoto

Una de las muchas sorpresas que los científicos encontraron en Plutón fue que este mundo pequeño y remoto en los confines del sistema solar tiene una atmósfera propia. Por supuesto, es delgado, principalmente nitrógeno con algunos otros gases traza como el metano y el monóxido de carbono. Pero hay suficiente para ver en las fotografías, y resulta que incluso puede ser suficiente para afectar la superficie del mundo.

Donde hay atmósfera, hay viento. Con una atmósfera tan delgada, los vientos deben ser débiles. Sin embargo, hay indicios de ello en la superficie, como las probables rayas de viento al oeste de Sputnik Planitia.

¿Pero qué impulsa los vientos? Bertrand y sus colegas realizaron simulaciones por computadora para mostrar que la fuente es fácilmente visible: el corazón de hielo de nitrógeno.

Cómo late un corazón congelado

A medida que Plutón gira cada seis días terrestres, la mayoría de Sputnik Planitia experimenta tanto el día como la noche. Durante el día, el calor débil del Sol sublima el nitrógeno, calentándolo pasando de hielo directamente a forma gaseosa. Luego, por la noche, este nitrógeno se condensa de nuevo en hielo. El equipo de Bertrand apodó este ciclo» los latidos del corazón» de Plutón. Ver video.

Orientación del eje de rotación de Plutón y del sistema Plutón Charón, respecto de la órbita del  primero. En general el eje de rotación de un planeta del Sistema Solar tiene una inclinación moderada respecto de la perpendicular al plano de su órbita, excepto el de Urano que al igual que el del planeta enano Plutón «están acostados» es decir tienen muy poca inclinación respecto al plano de su órbita. Además tienen una leve orientación hacia el Sol. Crédito: NASA Science.
Un trompo acostado sobre el piso como analogía de la orientación del eje de giro de Plutón respecto de su órbita. 
Crédito: artesaníasdemexico.blogspot

Pero el latido no es regular. El giro de Plutón está inclinado con respecto a su órbita de 248 años alrededor del Sol, por lo que casi gira de lado. En este momento es primavera en el hemisferio norte de Plutón, y las latitudes por encima de 38 ° N, incluido el borde norte de Sputnik Planitia, están a plena luz del día. Como resultado, el nitrógeno allí se sublima constantemente, aumentando la presión atmosférica que luego induce vientos hacia el hemisferio sur. Un mecanismo similar al efecto Coriolis de la Tierra desvía los vientos hacia el oeste, luego hacia el sur cerca de los límites de alto relieve de la cuenca.

El resultado final es que el viento adopta un patrón espiral único en la cuenca, explica Bertrand.

Esta animación muestra vientos horizontales a 1000 metros sobre la superficie local, como se simula con el Modelo Climático Global de Plutón. 
Aparece un patrón de viento en forma de espiral durante el ciclo día-noche.
Crédito: T. Bertrand

Paul SchenkInstituto Lunar y Planetario ), que no participó en el estudio actual, está de acuerdo en que dicho patrón atmosférico tiene sentido. «El hecho de que la capa de hielo esté a 3 km por debajo de las llanuras circundantes creará un desequilibrio atmosférico que impulsa los vientos», agrega.

Patrones de viento global

Aunque el viento se origina en Sputnik Planitia, no se detiene allí. Una vez liberado en forma gaseosa, el nitrógeno se eleva a más altura y finalmente ingresa al flujo de aire controlado por la rotación de Plutón.

Esta simulación muestra nubes de metano simuladas con el Modelo Climático Global de Plutón. Las nubes de metano se forman en los primeros km por encima de la superficie cubierta de nitrógeno durante el día cuando el hielo de nitrógeno se sublima y alimenta la atmósfera con aire frío.
Crédito: T. Bertrand

Al igual que el giro de un patinador de hielo se ralentiza a medida que estira los brazos lejos de su cuerpo, las moléculas de nitrógeno se ralentizan a medida que se mueven de norte a sur, explica Bertrand, porque se están alejando del eje de rotación del planeta. Como resultado, el gas nitrógeno se mueve más lentamente que el planeta enano debajo de él, lo que hace que los vientos en Plutón soplen hacia el oeste, es decir, en contra de la rotación del planeta.

Esta retrorotación es exclusiva de Plutón: tales patrones generales de viento no existen en ningún otro mundo del Sistema Solar.

«Sputnik Planitia puede ser tan importante para el clima de Plutón como el océano lo es para el clima de la Tierra», dijo Bertrand. «Si eliminas Sputnik Planitia, si eliminas el corazón de Plutón, no tendrás la misma circulación».

Bill McKinnon (Universidad de Washington en Saint Louis), que no participó en el estudio, está de acuerdo: «El hielo de nitrógeno en Sputnik Planitia es sin duda la principal fuente y sumidero de la atmósfera de Plutón».

Fuente: Sky & Telescope.

Artículo original: «Pluto’s Icy Heart “Beats,” Driving Planet-Scale Wind«. Julie Freydlin. February 7, 2020.

Research Paper: Pluto’s beating heart regulates the atmospheric 2 circulation: results from high resolution and 3 multi-year numerical climate simulations

Material relacionado:

La presentación de la noticia en otros medios:

Sobre la composición de los hielos de Sputnik Planitia y la formación de Plutón:

Plutón y su región brillante en forma de corazón.  «Sputnik Planitia», es una extensión glacial  rica  en hielos de nitrógeno, monóxido de carbono y  metano, que forma el lóbulo izquierdo de la característica en forma de corazón en  la superficie de Plutón. Los científicos del SwRI estudiaron la composición  de nitrógeno y monóxido de carbono del planeta enano para desarrollar una nueva teoría para su formación., según lo presenta el siguiente artículo que contiene además en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre el tema:

Sputnik Planitia, ó Planicie Sputnik es una cuenca de 1.000 kilómetros  dentro de la icónica región en forma de corazón observada en la superficie de Plutón, podría haber llegado a su ubicación actual debido a la acumulación de hielo en ella, que hizo que el planeta enano girase, creando enormes  tensiones en la corteza  que provocaron  la aparición de grietas,  que apuntan hacia la presencia de un océano bajo la superficie. El siguiente artículo lo presenta:

Documentales:

El conjunto de animaciones y videos de la misión New Horizons, se encuentran en la siguiente página:

Videos de Conferencias y Charlas Públicas:

Curiosidades:

¿Volveremos a Plutón?

La misión New Horizons de la NASA nos eseñó mucho sobre Plutón, el planeta enano de hielo. Pero la nave espacial pasó tan rápido por Plutón que solo obtuvimos imáenes de alta resolución de un lado del planeta, el llamado «lado del encuentro». New Horizons nos proporcionó un gran salto en la comprensión, pero en cierto modo también nos planteó más preguntas que respuestas.

El siguiente paso es claramente un orbitador, y ahora la NASA está comenzando a considerar seriamente uno.

La NASA ha otorgado fondos al Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI) para comenzar a desarrollar la idea. SwRI tiene la tarea de investigar «los atributos importantes, la viabilidad y el costo de una posible futura misión orbital a Plutón», según lo presenta el siguiente artículo:

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