Lorsque le vaisseau spatial New Horizons est passé près de Pluton en 2015, l'une des nombreuses caractéristiques fascinantes que ses images ont révélées était que ce petit monde glacial dans le système solaire lointain a une atmosphère brumeuse. Maintenant, de nouvelles données aident à expliquer comment la brume de Pluton est formée à partir de la faible lumière du Soleil à 3,7 milliards de kilomètres alors qu'il se déplace sur une orbite inhabituelle.

Observations à distance de Pluton par le télescope de la NASA dans un avion, l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge, ou SOFIA, montrent que la fine brume qui enveloppe Pluton est constituée de très petites particules qui restent dans l'atmosphère pendant des périodes prolongées plutôt que de tomber immédiatement à la surface. Les données de SOFIA précisent que ces particules de brume se reconstituent activement - une découverte qui révise les prédictions sur le sort de l'atmosphère de Pluton alors qu'elle se déplace dans des zones encore plus froides de l'espace sur son orbite de 248 ans autour du Soleil. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique Icarus.

"Pluton est un objet mystérieux qui ne cesse de nous surprendre, " a déclaré Michael Person, l'auteur principal de l'article et directeur de l'observatoire astrophysique Wallace du Massachusetts Institute of Technology. "Il y avait eu des indices dans des observations à distance antérieures qu'il pourrait y avoir de la brume, mais il n'y avait pas de preuves solides pour confirmer qu'il existait vraiment jusqu'à ce que les données proviennent de SOFIA. Maintenant, nous nous demandons si l'atmosphère de Pluton va s'effondrer dans les années à venir - elle pourrait être plus résistante que nous ne le pensions."

SOFIA a étudié Pluton deux semaines seulement avant le survol de New Horizon en juillet 2015. Le Boeing 747 modifié a survolé l'océan Pacifique et a pointé son télescope de près de 9 pieds sur Pluton lors d'une occultation, un événement semblable à une éclipse dans lequel Pluton a projeté une faible ombre sur la surface de la Terre alors qu'elle passait devant une étoile lointaine.

SOFIA a observé les couches moyennes de l'atmosphère de Pluton dans les longueurs d'onde de la lumière infrarouge et visible, et peu après, le vaisseau spatial New Horizons a sondé ses couches supérieure et inférieure à l'aide d'ondes radio et de lumière ultraviolette. Ces observations combinées, pris si près dans le temps, ont fourni l'image la plus complète à ce jour de l'atmosphère de Pluton.

Bleu, Ambiance brumeuse

Créée alors que la glace de surface se vaporise sous la lumière lointaine du Soleil, L'atmosphère de Pluton est principalement composée d'azote gazeux, ainsi que de petites quantités de méthane et de monoxyde de carbone. Les particules de brume se forment très haut dans l'atmosphère, à plus de 20 milles au-dessus de la surface, comme le méthane et d'autres gaz réagissent à la lumière du soleil, avant de pleuvoir lentement jusqu'à la surface glacée.

New Horizons a trouvé des preuves de ces particules lorsqu'il a renvoyé des images montrant une brume teintée de bleu dans l'atmosphère de Pluton. Maintenant, Les données de SOFIA complètent encore plus de détails en découvrant que les particules sont extrêmement petites, seulement 0,06-0,10 microns d'épaisseur, ou environ 1, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. En raison de leur petite taille, ils diffusent la lumière bleue plus que les autres couleurs lorsqu'ils dérivent vers la surface, créer la teinte bleue.

Avec ces nouvelles connaissances, les scientifiques réévaluent leurs prédictions sur le sort de l'atmosphère de Pluton. De nombreuses prévisions ont indiqué qu'à mesure que les planètes naines s'éloignaient du Soleil, moins de glace de surface serait vaporisée - créant moins de gaz atmosphériques tandis que les pertes dans l'espace se poursuivraient - menant finalement à l'effondrement atmosphérique. Mais plutôt que de s'effondrer, l'atmosphère semble changer sur un modèle cyclique plus court.

Appliquer ce qu'ils ont appris de SOFIA pour réanalyser les observations précédentes, y compris du prédécesseur de SOFIA, l'observatoire aéroporté de Kuiper, montre que la brume s'épaissit puis s'estompe dans un cycle de quelques années seulement. Cela indique que les minuscules particules sont créées relativement rapidement. Les chercheurs suggèrent que l'orbite inhabituelle de Pluton est à l'origine des changements dans la brume et pourrait donc être plus importante dans la régulation de son atmosphère que sa distance au Soleil.

Pluton fait le tour du Soleil dans un long, forme ovale, appelée orbite elliptique, et en biais, appelée orbite inclinée. Il tourne également sur le côté. Cela provoque l'exposition de certaines zones de la planète naine à plus de lumière solaire à différents points de l'orbite. Lorsque les régions riches en glace sont exposées au soleil, l'atmosphère peut se dilater et créer plus de particules de brume, mais comme ces zones reçoivent moins de soleil, il peut rétrécir et devenir plus clair. Ce cycle s'est poursuivi alors même que la distance de Pluton au Soleil a augmenté, bien qu'il ne soit pas clair si ce schéma se poursuivra.

"Il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas, mais nous sommes maintenant obligés de reconsidérer les prédictions antérieures, " a déclaré Person. " L'atmosphère de Pluton pourrait s'effondrer plus lentement que prévu, ou peut-être pas du tout. Nous devons continuer à le surveiller pour le savoir. »

À la poursuite de l'ombre de Pluton

SOFIA était particulièrement bien placé pour étudier Pluton de loin en profitant d'un moment rare où Pluton passait devant une étoile lointaine, projetant une faible ombre sur la surface de la Terre. Momentanément rétroéclairé par l'étoile, L'atmosphère de Pluton pourrait être analysée.

Voyager à 53 ans, 000 milles à l'heure, L'ombre de Pluton devait apparaître pendant deux brèves minutes au-dessus de l'océan Pacifique, près de la Nouvelle-Zélande. SOFIA a tracé sa route pour intercepter, mais deux heures avant l'occultation, une prédiction mise à jour plaçait l'ombre à 200 milles au nord.

"Capturer cette ombre a demandé un peu de bousculade. SOFIA a l'avantage d'être mobile, mais le plan de vol révisé a dû être autorisé par le contrôle de la circulation aérienne, " dit William Reach, Directeur associé des opérations scientifiques de SOFIA. "Il y a eu quelques moments de tension, mais l'équipe a travaillé ensemble, et nous avons obtenu l'autorisation. Nous avons atteint l'ombre de Pluton exactement au bon moment et nous étions très heureux d'y être parvenus !"

Des observations à distance comme celles-ci permettent aux scientifiques de surveiller les corps planétaires entre les survols des engins spatiaux, qui peuvent souvent être séparés par de nombreuses années. L'accord entre les données recueillies à distance par SOFIA et à partir du survol rapproché de New Horizons soutient que les observations d'occultation depuis la Terre peuvent fournir des données de haute qualité entre les missions des engins spatiaux.