Närhelst den passerar framför en stjärna, Pluto ger värdefull information om dess atmosfär, värdefullt eftersom ockultationer av Pluto är sällsynta. Den undersökning som forskare från Paris Observatory uppnått under flera decennier av observationer visas i tidskriften Astronomi och astrofysik den 10 maj, 2019. Tolkad i ljuset av data som samlades in 2015 av sonden New Horizons, det tillåter dem att förfina fysiska parametrar som är väsentliga för en bättre förståelse av Plutos klimat och för att förutsäga framtida stjärnockultationer av dvärgplaneten.

Som jorden, Plutos atmosfär består huvudsakligen av kväve men jämförelsen stannar där.

Bortom Neptunus, Det tar 248 år för Pluto att göra en fullständig revolution runt solen. Under ett plutoniskt år, dess avstånd till solen varierar kraftigt från 30 till 50 au, leder till extrema säsongscykler.

Med extremt låga yttemperaturer, mindre än -230 °C (40 °K), det finns en fast-gas-jämvikt, där en svag atmosfär av väsentligen kväve samexisterar med isavlagringar på ytan. I dag, kväveångan beräknas stabiliseras vid ett tryck runt 1,3 pascal (medan trycket är cirka 100 000 Pa på vår planet).

På grund av dess snedställning (vinkeln som bildas mellan polaxeln och omloppsplanet) vid 120 grader, Plutos poler står inför en permanent dag i flera decennier, sedan en permanent natt. Detta leder till en komplex cykel av omfördelning av dess flyktiga arter som kväve, metan och kolmonoxid. Således hade Pluto sin dagjämning 1988, innan han flyttade till perihelion (vid 30 au) 1989. Sedan dess, dvärgplaneten har hela tiden rört sig bort från solen för att nå 32 ua 2016, vilket motsvarar en förlust på 25 procent av hans genomsnittliga solinstrålning.

Naivt, ett kraftigt fall i atmosfärstrycket kunde förväntas. Faktiskt, gas-is-balansen av kväve medför att för varje grad Kelvin förloras vid ytan, trycket bör minska med en faktor två.

Men raka motsatsen inträffar. Beviset tillhandahålls av artikeln som publicerades i A&A den 10 maj, 2019, och som analyserar ett dussin stjärnockultationer som observerats under nästan 30 år, under våren på Plutos norra halvklot:atmosfärstrycket ökar med en faktor tre mellan 1988 och 2016.

Detta paradoxala scenario övervägdes redan av Plutos globala klimatmodeller (GCM) sedan 1990-talet, men utan visshet, som ett scenario bland många andra. Flera viktiga parametrar i modellen återstod att begränsas av observationer.

Dessa observationer av stjärnockultationer från jorden, i kombination med data som samlades in under NASA New Horizons Pluto-förbiflygning i juli 2015, låt nu ett mycket mer exakt scenario skrivas.

New Horizons kartlade fördelningen och topografin av is på ytan av dvärgplaneten, avslöjar en enorm fördjupning på mer än 1000 km i diameter och 4 km djup, ligger nära ekvatorn mellan latituderna 25 ° S och 50 ° N, och kallade Sputnik Planitia. Denna depression låser upp en del av det kväve som finns tillgängligt i atmosfären, bildar en gigantisk glaciär som är det sanna "hjärtat" i klimatet på dvärgplaneten, eftersom det reglerar atmosfärens cirkulation via sublimering av kvävet.

Dessutom, stjärnockultationer tillåter att begränsa undergrundens termiska tröghet hos modellen, förklarar den trettioåriga fasförskjutningen mellan övergången till perihelion (1989) och den tryckökning som fortfarande observeras idag (Fig. 1). Undergrunden har lagrat värmen och återställer den gradvis. Ockultationer begränsar också andelen solenergi som återförs till rymden (bond albedo) av kväveis och dess emissionsförmåga.

Till sist, dessa observationer eliminerar möjligheten för närvaron av en reservoar av kväve på södra halvklotet (för närvarande i en permanent natt), vilket skulle ge ett maximalt tryck mycket tidigare än vad som observeras (magentakurva i fig. 1).

Denna studie är en bra illustration av komplementaritet mellan markbaserade observationer och rymdobservationer. Utan att New Horizons flyger förbi, isfördelning och topografi skulle förbli okända, och utan långtidsövervakning av atmosfären, Plutos klimatmodeller kunde inte begränsas.

Förutsägelse av framtida ockultationer

Till sist, ockultationerna ger också 19 Plutos positioner mellan 1988 och 2016, med en oöverträffad precision på några milliarcsec (mas) på himlen. En sådan precision, möjligt tack vare Data Release 2 från European Gaia-uppdraget, gör det möjligt för författarna att beräkna en efemer av Pluto med denna likvärdiga precision för nästa decennium.

Således, det kommer att vara möjligt att observera andra ockultationer av Pluto och att övervaka dess klimat... De teoretiska modellerna indikerar att Plutos atmosfär för närvarande är nära sin maximala expansion. Framtida observationer kan bekräfta eller motbevisa denna förutsägelse. Kommer vi snart att se början på denna långsamma nedgång, vilket borde minska Plutos atmosfärstryck med en faktor tjugo i slutet, och täck dess yta med ett tunt lager av blank "vit frost?"