Forskare från Southwest Research Institute kombinerade data från NASA:s New Horizons-uppdrag med nya laboratorieexperiment och exosfärisk modellering för att avslöja den troliga sammansättningen av den röda mössan på Plutos måne Charon och hur den kan ha bildats. Denna första beskrivning någonsin av Charons dynamiska metanatmosfär med hjälp av nya experimentella data ger en fascinerande inblick i ursprunget till denna månens röda fläck som beskrivs i två nya tidningar.

"Före New Horizons avslöjade de bästa Hubble-bilderna av Pluto bara en flummig blöt av reflekterat ljus", säger Randy Gladstone från SwRI, en medlem av New Horizons vetenskapsteam. "Utöver alla fascinerande egenskaper som upptäcktes på Plutos yta, avslöjade förbiflygningen ett ovanligt inslag på Charon, en överraskande röd mössa centrerad på dess nordpol."

Strax efter mötet 2015 föreslog New Horizons-forskare att ett rödaktigt "tolinliknande" material vid Charons pol kunde syntetiseras av ultraviolett ljus som bryter ner metanmolekyler. Dessa fångas efter att de rymt från Pluto och fryses sedan fast på månens polarområden under deras långa vinternätter. Tholiner är klibbiga organiska rester som bildas av kemiska reaktioner som drivs av ljus, i det här fallet Lyman-alfa ultravioletta glöd spridda av interplanetära vätemolekyler.

"Våra fynd tyder på att drastiska säsongsbetonade ökningar i Charons tunna atmosfär såväl som ljus som bryter ner den kondenserande metanfrosten är nyckeln till att förstå ursprunget till Charons röda polarzon", säger SwRI:s Dr. Ujjwal Raut, huvudförfattare till en artikel med titeln "Charon's Refractory Factory" i tidskriften Science Advances . "Detta är ett av de mest illustrativa och skarpa exemplen på yt-atmosfäriska interaktioner som hittills observerats vid en planetkropp."

Teamet replikerade realistiskt Charons ytförhållanden vid SwRI:s nya Center for Laboratory Astrophysics and Space Science Experiments (CLASSE) för att mäta sammansättningen och färgen på kolväten som produceras på Charons vinterhalvklot när metan fryser under Lyman-alfa-glöden. Teamet matade in mätningarna i en ny atmosfärisk modell av Charon för att visa att metan bryts ner till rester på Charons nordpolära fläck.

"Vårt teams nya "dynamiska fotolys"-experiment gav nya gränser för bidraget av interplanetär Lyman-alfa till syntesen av Charons röda material," sa Raut. "Vårt experiment kondenserade metan i en ultrahög vakuumkammare under exponering för Lyman-alfa-fotoner för att med hög trohet replikera förhållandena vid Charons poler."

SwRI-forskare utvecklade också en ny datorsimulering för att modellera Charons tunna metanatmosfär.

"Modellen pekar på "explosiva" säsongsbetonade pulseringar i Charons atmosfär på grund av extrema förändringar i förhållandena under Plutos långa resa runt solen", säger Dr. Ben Teolis, huvudförfattare till en relaterad artikel med titeln "Extreme Exospheric Dynamics at Charon:Impplications for den röda fläcken" i Geophysical Research Letters .

Teamet matar in resultaten från SwRI:s ultrarealistiska experiment i den atmosfäriska modellen för att uppskatta fördelningen av komplexa kolväten som kommer från metansönderdelning under påverkan av ultraviolett ljus. Modellen har polära zoner som i första hand genererar etan, ett färglöst material som inte bidrar till en rödaktig färg.

"Vi tror att joniserande strålning från solvinden bryter ner den Lyman-alfa-kokta polära frosten för att syntetisera allt mer komplexa, rödare material som är ansvariga för den unika albedon på denna gåtfulla måne," sa Raut. "Etan är mindre flyktigt än metan och förblir fruset till Charons yta långt efter vårsoluppgången. Exponering för solvinden kan omvandla etan till ihållande rödaktiga ytavlagringar som bidrar till Charons röda hatt."

"Teamet är inställt på att undersöka solvindens roll i bildandet av den röda polen", säger SwRI:s Dr. Josh Kammer, som säkrade fortsatt stöd från NASA:s New Frontier Data Analysis Program. + Utforska vidare

Pluto 'målar' sin största måne Charon röd