Plutón tiene montañas cubiertas de nieve, pero ¿por qué?

A la izquierda, la región de «Cthulhu» cerca del ecuador de Plutón y a la derecha, los Alpes en la Tierra. Dos paisajes idénticos, creados por procesos muy diferentes.
© NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Southwest Research Institute; © Thomas Pesquet / ESA.

Podemos agradecer a la nave espacial New Horizons de la NASA por abrirnos los ojos a la complejidad de Plutón. El 14 de Julio de 2015, la nave espacial se acercó a 12.500 km (7.800 millas) del planeta enano. Durante el sobrevuelo, New Horizons pudo caracterizar la atmósfera de Plutón y su superficie.

Entre las cosas que vio New Horizons estaba una región de montañas nevadas.

Aquí en la Tierra, cuanto más alto vas, más frío se pone, lo que explica nuestras montañas nevadas. Pero en Plutón, hay una inversión de temperatura, lo que significa que es lo contrario de la Tierra: cuanto más alto vas, más cálido se vuelve. Es por la radiación solar. La temperatura atmosférica promedio en la altitud es decenas de grados más alta que en su superficie.

Entonces, ¿por qué hay escarcha?

Esta área está al sur de la banda ecuatorial oscura de Plutón llamada Cthulhu Regio, y al suroeste de las llanuras de Sputnik Planitia. Estas últimas están constituidas de hielo de nitrógeno. El Norte está arriba; en la parte occidental de la imagen, una cadena de montañas brillantes se extiende hacia el norte hasta Cthulhu Regio. Los datos de composición de New Horizons indican que el material nevado brillante que cubre estas montañas no es agua. Es metano atmosférico que se ha condensado en forma de escarcha sobre estas superficies a gran altura.  
Crédito: NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Southwest Research Institute.

Un equipo de investigadores, dirigido por miembros del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, o Centro Nacional Francés de Investigación Científica), abordó la cuestión. El título es “Las montañas ecuatoriales de Plutón están cubiertas por heladas de metano como resultado de un proceso atmosférico único«. El autor principal es Tanguy Bertand, quien actualmente es becario postdoctoral en el Centro de Investigación Ames de la NASA. El estudio se publica en Nature Communications. 

Una nieve de Metano

New Horizons encontró nieve en Pigafetta Montes y Elcano Montes, ubicados en la región de Cthulhu Macula de Plutón en el ecuador del planeta. La nieve de Plutón no es como la nieve de la Tierra; es metano congelado, no agua congelada. Pero Plutón es un mundo gélido con una atmósfera tenue y hay una escasa cantidad de metano en su atmósfera muy fina. ¿Cómo se formó como nieve en las cimas de las montañas?

La superficie de Plutón luce una notable variedad de accidentes geográficos que tienen sus propios colores distintivos, contando una compleja historia geológica y climatológica. 
Crédito:
Cortesía de NASA / JHUAPL / SwRI Tabla de contenido página 2015 Informe anual División: (15).

El proceso de formación de nieve en la Tierra no explica la nieve en Plutón

En la Tierra, la temperatura disminuye con la altitud debido al enfriamiento adiabático. A medida que el aire se mueve hacia arriba a lo largo de la ladera de una montaña, se expande, lo que conduce al enfriamiento. Lo contrario ocurre cuando el aire desciende: el aire se calienta. Cuando el aire húmedo se eleva y cuando se enfría lo suficiente, se condensa y cae como nieve. Es un fenómeno bien entendido aquí en la Tierra, pero no puede explicar la nieve de Plutón.

En la Tierra, la temperatura disminuye con la altitud, alrededor de 1 grado Celsius cada 100 metros. En Plutón, hace más calor a mayor altitud. Sin embargo, en Plutón, todavía hay escarcha o nieve de metano a gran altura. 
Crédito de la imagen: Tanguy Bertand et al. 2020.

Recurriendo a un modelo climático. El Metano se concentra en las alturas

El equipo utilizó un modelo climático para averiguar cómo llegó a caer la nieve de metano sobre las montañas. La delgada atmósfera de Plutón es principalmente nitrógeno, con trazas de metano y monóxido de carbono. Con solo trazas de metano, es difícil dar cuenta de toda esa nieve.

Al trabajar con el modelo climático, los investigadores determinaron que la dinámica de la atmósfera de Plutón concentra el metano en zonas altas.  Solo en las cimas de las montañas hay suficiente metano para formar nieve. En altitudes más bajas, simplemente no hay suficiente metano.

Dado que Plutón no tiene una atmósfera densa y aislante como la Tierra, el planeta enano es más cálido a mayores altitudes debido a la radiación solar. Se debe a que el metano de la atmósfera absorbe el calor. Esto es válido para los primeros kilómetros de altitud. Ese proceso de absorción de calor por el metano no tiene lugar en áreas donde hay hielo de nitrógeno en la superficie. Es así porque puede sublimar y enfriar los primeros kilómetros de altitud en la atmósfera.

A) Mapa de New Horizons de la región sureste de Cthulhu en Plutón, ubicada en las regiones ecuatoriales al oeste de Sputnik Planitia. El cuadro amarillo indica los límites del área que se ven en detalle en (b). 
B) Detalle de las crestas cubiertas de escarcha de CH4 de Pigafetta y Elcano Montes en Cthulhu (148.2 ° E, 10.1 ° S). La imagen es en color Ralph / MVIC mejorada (680 μm / pixel, proyección cilíndrica).
C) Vista satelital de las cadenas montañosas cubiertas de hielo en los Alpes.

Plutón está dominado por vientos descendentes

La atmósfera de Plutón es demasiado delgada para calentar la superficie del planeta. Entonces cuando no hay nitrógeno congelado en la superficie, hay un «equilibrio radiativo local». Ese equilibrio es independiente de la altitud y es más frío que la atmósfera por encima de él.

Como consecuencia, el aire cerca de la superficie se enfría, se vuelve más denso y quiere fluir cuesta abajo todo el tiempo. Las simulaciones climáticas realizadas por otros investigadores muestran que este mecanismo está presente en todo Plutón y en todo momento del día. El resultado es que Plutón está dominado por los vientos descendentes. Por eso su formación de nieve es tan desconcertante. Es completamente diferente a la Tierra, donde el aire se enfría a medida que asciende y deposita su humedad en forma de nieve en las montañas.

«Es notable que dos fenómenos y dos materiales que son tan diferentes puedan producir el mismo paisaje cuando se ven con una resolución similar».

«Las montañas ecuatoriales de Plutón están cubiertas por heladas de metano como resultado de un proceso atmosférico único».

El equipo de investigadores descubrió que la atmósfera de Plutón circula de tal manera que el metano se concentra en altitudes más altas. Esa circulación es estacional y está impulsada por la sublimación en la superficie. Los autores se refieren a esto como «células de circulación inducidas por sublimación». A medida que el metano se vuelve más concentrado, alcanza un punto de saturación y cae como nieve sobre la superficie de las montañas.

Esta es una imagen de la simulación realizada por el equipo en su estudio. Muestra la ración de mezcla media diurna de metano. Las líneas negras representan los vientos superficiales, que trabajan para concentrar el metano. Como muestra la barra de la derecha, el rojo representa concentraciones más altas de metano en altitudes más altas, formándose como escarcha en las montañas. 
Crédito de la imagen: Bertand et al., 2020.

También hay un circuito de retroalimentación involucrado. A medida que se forma nieve de metano en las montañas, aumenta el albedo, lo que conduce a un mayor enfriamiento. Con más enfriamiento viene más nieve de metano.

Estas imágenes del estudio muestran acumulaciones de nieve de metano en el área resaltada en amarillo en la imagen anterior. En marrón están las áreas de superficie libre de volátiles y en gris la capa de hielo de nitrógeno congelado en Sputnik Planitia. De azul a blanco muestra acumulaciones crecientes de hielo de metano. La imagen de la derecha es la misma simulación pero con un efecto de albedo creciente. Las imágenes son de una simulación climática que realizaron los investigadores. Las curvas de nivel son 300 m. 
Crédito de la imagen: Bertand et al., 2020.

Conclusión.

«La formación de escarcha de CH 4 en la cima de las montañas de Plutón parece estar impulsada por un proceso completamente diferente al terrestre. Así lo muestra nuestro modelo», escribe el equipo en la conclusión de su artículo. «Es notable que dos fenómenos y dos materiales que son tan diferentes puedan producir el mismo paisaje cuando se ven con una resolución similar».

Este es solo un ejemplo más de la complejidad de Plutón. Antes del sobrevuelo de New Horizons del planeta enano, no teníamos idea de que la superficie, la atmósfera y el clima eran tan complejos. Los científicos todavía están trabajando con todos los datos de la misión, así que quién sabe lo que todavía está esperando ser descubierto.

Después de su acercamiento máximo a Plutón, New Horizons miró hacia el planeta. Capturó esta vista cercana al atardecer de sus montañas escarpadas heladas y llanuras de hielo. La suave extensión de Sputnik Planitia (derecha) está flanqueada al oeste (izquierda) por montañas escarpadas de hasta 11.000 pies (3.500 m) de altura. Algunos quieren enviar otra misión a Plutón, esta vez un orbitador. 
Créditos de imagen: NASA / JHUAPL / SwRI. 

Pensando en una futura misión

También se habla de otra misión. New Horizons solo realizó un sobrevuelo al enano de hielo, por lo que sus mejores datos están restringidos a un lado del mundo distante. El científico planetario Alan Stern fue el Investigador Principal de la misión New Horizons y cree que una misión orbitadora a Plutón es el siguiente paso. Un módulo de aterrizaje también podría ser parte de esa misión.

Fuente: Universe Today.

Artículo original: «Pluto has Snowcapped Mountains, But Why?» Evan Gough. October 16, 2020.

El paper: «Equatorial mountains on Pluto are covered by methane frosts resulting from a unique atmospheric process

El comunicado de prensa: » Pluto’s mountains are snow-capped, but not for the same reasons as on Earth

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Sobre la fundamental participación de los aficionados en la Misión «New Horizons» ayudando a determinar y caracterizar el siguiente objetivo de la misión luego del sobrevuelo a Plutón:

EL siguiente artículo trata sobre las campañas de ocultaciones observadas desde tierra, aire y espacio para caracterizar a Arrokoth (2014 MU 69), tratando de determinar la existencia o no de anillos y lunas orbitándolo y también la forma del objeto, en las que la participación de aficionados fue determinante:

Curiosidades

¿Puede un aficionado hacer una instantánea de la atmósfera de Plutón?

La estación de observación en Lake Henshaw Overlook, California, con un prototipo eVscope y un gran C14. De izquierda a derecha: Martin Costa (SETI), Franck Marchis(SETI-Unistellar), Joana Oliveira Marques(Observatorio de Paris) y Mat Kaplan (The Planetary Society).
Crédito: Chris Hendren (OPT).

El martes 14 de Agosto de 2018 por la noche, un gran número de astrónomos aficionados y profesionales ubicados en México, Estados Unidos y Canadá aprovecharon una oportunidad única y emocionante: observar una estrella parpadeante mientras Plutón la ocultaba. En el sur de California, el Instituto SETI, el Observatoire de Paris, Unistellar y Oceanside Photo and Telescope (OPT), uno de los vendedores de telescopios más grandes del mundo, colaboraron para observar este raro evento y recopilar los valiosos datos que necesitaban para comprender  el  ambiente y clima de Plutón. Aquí está nuestra la historia:

Capas de bruma en la atmósfera de Plutón, que se muestran aquí en una imagen de la nave espacial New Horizons. 
Crédito: SWRI / JHUAPL / NASA. 
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