Ett "bankande hjärta" av fruset kväve styr Plutos vindar och kan ge upphov till särdrag på dess yta, enligt en ny studie.

Plutos berömda hjärtformade struktur, som heter Tombaugh Regio, blev snabbt känd efter att NASA:s New Horizons-uppdrag tog bilder av dvärgplaneten 2015 och avslöjade att det inte var den karga värld som forskare trodde att det var.

Nu, ny forskning visar att Plutos berömda kvävehjärta styr dess atmosfäriska cirkulation. Att avslöja hur Plutos atmosfär beter sig ger forskare en annan plats att jämföra med vår egen planet. Sådana fynd kan peka ut både liknande och särskiljande egenskaper mellan jorden och en dvärgplanet miljarder mil bort.

Kvävgas – ett grundämne som också finns i luften på jorden – utgör det mesta av Plutos tunna atmosfär, tillsammans med små mängder kolmonoxid och växthusgasen metan. Fryst kväve täcker också en del av Plutos yta i form av ett hjärta. Under dagen, ett tunt lager av denna kväveis värms upp och förvandlas till ånga. På natten, ångan kondenserar och bildar återigen is. Varje sekvens är som ett hjärtslag, pumpar kvävevindar runt dvärgplaneten.

Ny forskning inom AGU Journal of Geophysical Research:Planeter antyder att denna cykel driver Plutos atmosfär att cirkulera i motsatt riktning av dess spin - ett unikt fenomen som kallas retrorotation. När luft piskar nära ytan, den transporterar värme, iskorn och dispartiklar för att skapa mörka vindränder och slätter över de nordliga och nordvästra regionerna.

"Detta belyser det faktum att Plutos atmosfär och vindar - även om atmosfärens densitet är mycket låg - kan påverka ytan, sa Tanguy Bertrand, en astrofysiker och planetforskare vid NASA:s Ames Research Center i Kalifornien och studiens huvudförfattare.

Det mesta av Plutos kväveis är begränsad till Tombaugh Regio. Dess vänstra "lob" är en 1, 000 kilometer (620 mil) inlandsis som ligger i en 3 kilometer (1,9 mil) djup bassäng vid namn Sputnik Planitia – ett område som rymmer det mesta av dvärgplanetens kväveis på grund av dess låga höjd. Hjärtats högra "lob" består av högland och kväverika glaciärer som sträcker sig in i bassängen.

"Innan New Horizons, alla trodde att Pluto skulle bli en nätboll – helt platt, nästan ingen mångfald, " sa Bertrand. "Men det är helt annorlunda. Det har många olika landskap och vi försöker förstå vad som händer där."

Västliga vindar

Bertrand och hans kollegor gav sig i kast med att fastställa hur cirkulerande luft – vilket är 100, 000 gånger tunnare än jordens – kan forma särdrag på ytan. Teamet hämtade data från New Horizons 2015 förbi för att skildra Plutos topografi och dess filtar av kväve-is. De simulerade sedan kvävets kretslopp med en väderprognosmodell och bedömde hur vindar blåste över ytan.

Gruppen upptäckte att Plutos vindar över 4 kilometer (2,5 miles) blåser västerut – i motsatt riktning från dvärgplanetens östliga spinn – i en retrorotation under större delen av sitt år. När kväve inom Tombaugh Regio förångas i norr och blir till is i söder, dess rörelse utlöser västliga vindar, enligt den nya studien. Ingen annan plats i solsystemet har en sådan atmosfär, utom kanske Neptunus måne Triton.

Forskarna fann också en stark ström av snabbrörlig, luft nära ytan längs den västra gränsen av Sputnik Planitia-bassängen. Luftflödet är som vindmönster på jorden, såsom Kuroshio längs den östra kanten av Asien. Atmosfäriskt kväve som kondenserar till is driver detta vindmönster, enligt de nya rönen. Sputnik Planitias höga klippor fångar den kalla luften inne i bassängen, där den cirkulerar och blir starkare när den passerar genom den västra regionen.

Den intensiva västra gränsströmmens existens upphetsade Candice Hansen-Koharcheck, en planetforskare vid Planetary Science Institute i Tucson, Arizona som inte var involverad i den nya studien.

"Det är mycket sånt som beror på topografin eller detaljerna i miljön, " sa hon. "Jag är imponerad av att Plutos modeller har avancerat till den grad att man kan prata om regionalt väder."

På den bredare skalan, Hansen-Koharcheck tyckte att den nya studien var spännande. "Hela det här konceptet med Plutos bankande hjärta är ett underbart sätt att tänka på det, " tillade hon.

Dessa vindmönster som härrör från Plutos kvävehjärta kan förklara varför det är värd för mörka slätter och vindränder väster om Sputnik Planitia. Vindar kan transportera värme – som skulle värma ytan – eller kan erodera och mörkna isen genom att transportera och avsätta dispartiklar. Om vindarna på dvärgplaneten virvlade i en annan riktning, dess landskap kan se helt annorlunda ut.

"Sputnik Planitia kan vara lika viktig för Plutos klimat som havet är för jordens klimat, " sa Bertrand. "Om du tar bort Sputnik Planitia - om du tar bort hjärtat av Pluto - kommer du inte att ha samma cirkulation, " han lade till.

De nya rönen gör det möjligt för forskare att utforska en exotisk världs atmosfär och jämföra vad de upptäcker med vad de vet om jorden. Den nya studien lyser också ljus på ett föremål 6 miljarder kilometer (3,7 miljarder miles) från solen, med ett hjärta som fängslade publik över hela världen.

"Pluto har lite mysterium för alla, sa Bertrand.