Астрономія
Хімія
Астрономія
Хімія

Серпанок в атмосфері Плутона пояснили конденсацією крижаних органічних сполук

Астрономи з’ясували, що блакитний серпанок в атмосфері Плутона може містити крижані органічні сполуки, серед яких домінує лід діацетилен (C₄H₂). Вони утворюються від прямої конденсації первинних продуктів фотохімії в атмосфері. У своїй статті в журналі Nature Astronomy дослідники дійшли висновку, що серпанок грає менш важливу роль у контролі атмосферного теплового балансу Плутона у порівнянні з аналогічними процесами на Титані.

Що було відомо про серпанки в атмосфері Плутона?

Місія «New Horizons» вперше зафіксувала серпанки на Плутоні, утворювані непрозорими дрібними частинками в газовій оболонці. Атмосфера цієї карликової планети подібна до верхньої атмосфери супутника Сатурна Титана на висоті понад 400 кілометрів. У цих двох середовищах схожі тиск та густина газів: метану, азоту і моноксиду вуглецю. Моделі фотохімії демонструють, що очікувані хімічні продукти в атмосферах Плутона і Титана є подібними, отже, серпанки у атмосфері Плутона повинні мати схожу природу. Тобто, вважалося, що вони утворюються внаслідок процесів зростання молекул.

Серпанок в атмосфері Титана. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Серпанок в атмосфері Титана. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Втім, оскільки верхня атмосфера Плутона набагато холодніша за атмосферу Титана (приблизно 70 Кельвінів у порівнянні із 150 Кельвінами), така кількість серпанку на Плутоні видається дивною. Однак фотохімічні гази, що тут утворюються, можуть конденсуватись при менших тисках, ніж на супутнику Сатурна. Тож вчені припускали, що органічні льоди можуть вносити свою частку в утворення спостережуваних серпанків в атмосфері Плутона.

Серпанок в атмосфері Плутона. NASA/JHUAPL/SWRI/SPL

Серпанок в атмосфері Плутона. NASA/JHUAPL/SWRI/SPL

Яке дослідження провели астрономи?

Дослідники вирішили проаналізувати вплив органічних крижаних сполук на серпанки Плутона, використовуючи зв’язані моделі атмосферної фотохімії та мікрофізики. Також для цього вчені простежили за еволюцією частинок органічного крижаного серпанку від їхнього утворення у верхніх шарах атмосфери до осідання на поверхні Плутона. Свої моделі команда адаптувала на основі попередніх досліджень атмосфери Титана.

Що показали результати?

Дослідники виявили, що першим фотохімічним льодом, який конденсується у верхніх шарах атмосфери Плутона, є синильна кислота (HCN). Коли частинки цього льоду осідають, інші гази конденсуються і покривають їх. Таким чином, вміст газу зменшується, а радіус частинок конденсату збільшується, утворюючи органічні крижані серпанки. Основний внесок у зріст частинок вносять такі сполуки як діацетилен (C₄H₂), пропадієн (C3H4) і бензол (C₆H₆), причому їхні масові частки змінюються залежно від висоти.

Серпанок в атмосфері Плутона. Справа зображені окремі гази атмосфери карликової планети, що конденсуються. P. Lavvas et al.

Серпанок в атмосфері Плутона. Справа зображені окремі гази атмосфери карликової планети, що конденсуються. P. Lavvas et al.

Ці самі сполуки в атмосфері Титана беруть участь в утворенні більш складних газоподібних сполук, подальше хімічне зростання яких призводить до утворення серпанків на супутнику Сатурна. Таким чином, астрономи встановили два різних процеси утворення серпанків у цих середовищах. Вони роблять висновок, що ця різниця зумовлена ​​різницею температур на Титані і Плутоні. Якщо у складі серпанку Плутона дійсно переважають органічні льоди, його вплив на тепловий баланс атмосфери буде меншим.