Les scientifiques du Southwest Research Institute ont combiné les données de la mission New Horizons de la NASA avec de nouvelles expériences de laboratoire et une modélisation exosphérique pour révéler la composition probable de la calotte rouge sur la lune Charon de Pluton et comment elle a pu se former. Cette toute première description de l'atmosphère dynamique de méthane de Charon à l'aide de nouvelles données expérimentales donne un aperçu fascinant des origines de la tache rouge de cette lune, comme décrit dans deux articles récents.

"Avant New Horizons, les meilleures images Hubble de Pluton ne révélaient qu'une goutte floue de lumière réfléchie", a déclaré Randy Gladstone de SwRI, membre de l'équipe scientifique de New Horizons. "En plus de toutes les caractéristiques fascinantes découvertes à la surface de Pluton, le survol a révélé une caractéristique inhabituelle sur Charon, une surprenante calotte rouge centrée sur son pôle nord."

Peu de temps après la rencontre de 2015, les scientifiques de New Horizons ont proposé qu'un matériau rougeâtre "de type tholin" au pôle de Charon puisse être synthétisé par la lumière ultraviolette décomposant les molécules de méthane. Ceux-ci sont capturés après s'être échappés de Pluton puis gelés sur les régions polaires de la lune pendant leurs longues nuits d'hiver. Les tholins sont des résidus organiques collants formés par des réactions chimiques alimentées par la lumière, dans ce cas la lueur ultraviolette Lyman-alpha diffusée par des molécules d'hydrogène interplanétaires.

"Nos résultats indiquent que des surtensions saisonnières drastiques dans l'atmosphère mince de Charon ainsi que la lumière décomposant le gel de méthane condensé sont essentielles pour comprendre les origines de la zone polaire rouge de Charon", a déclaré le Dr Ujjwal Raut de SwRI, auteur principal d'un article intitulé "Charon's Usine Réfractaire" dans la revue Science Advances . "C'est l'un des exemples les plus illustratifs et les plus frappants d'interactions surface-atmosphère observées jusqu'à présent sur un corps planétaire."

L'équipe a reproduit de manière réaliste les conditions de surface de Charon au nouveau Center for Laboratory Astrophysics and Space Science Experiments (CLASSE) du SwRI pour mesurer la composition et la couleur des hydrocarbures produits sur l'hémisphère hivernal de Charon alors que le méthane gèle sous la lueur Lyman-alpha. L'équipe a introduit les mesures dans un nouveau modèle atmosphérique de Charon pour montrer que le méthane se décompose en résidus sur la tache polaire nord de Charon.

"Les nouvelles expériences de" photolyse dynamique "de notre équipe ont fourni de nouvelles limites à la contribution du Lyman-alpha interplanétaire à la synthèse du matériau rouge de Charon", a déclaré Raut. "Notre expérience a condensé du méthane dans une chambre à ultra-vide sous exposition à des photons Lyman-alpha pour reproduire avec une haute fidélité les conditions aux pôles de Charon."

Les scientifiques du SwRI ont également développé une nouvelle simulation informatique pour modéliser la fine atmosphère de méthane de Charon.

"Le modèle indique des pulsations saisonnières" explosives "dans l'atmosphère de Charon en raison de changements extrêmes des conditions au cours du long voyage de Pluton autour du Soleil", a déclaré le Dr Ben Teolis, auteur principal d'un article connexe intitulé "Extreme Exospheric Dynamics at Charon:Implications for la tache rouge" dans Lettres de recherche géophysique .

L'équipe a intégré les résultats des expériences ultra-réalistes de SwRI dans le modèle atmosphérique pour estimer la distribution des hydrocarbures complexes émergeant de la décomposition du méthane sous l'influence de la lumière ultraviolette. Le modèle a des zones polaires générant principalement de l'éthane, un matériau incolore qui ne contribue pas à une couleur rougeâtre.

"Nous pensons que le rayonnement ionisant du vent solaire décompose le givre polaire cuit Lyman-alpha pour synthétiser des matériaux de plus en plus complexes et plus rouges responsables de l'albédo unique sur cette lune énigmatique", a déclaré Raut. "L'éthane est moins volatil que le méthane et reste gelé à la surface de Charon longtemps après le lever du soleil printanier. L'exposition au vent solaire peut convertir l'éthane en dépôts de surface rougeâtres persistants contribuant à la calotte rouge de Charon."

"L'équipe est prête à étudier le rôle du vent solaire dans la formation du pôle rouge", a déclaré le Dr Josh Kammer du SwRI, qui a obtenu un soutien continu du programme d'analyse des données New Frontier de la NASA. + Explorer plus loin

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