Atmosfera Plutona składa się z cząsteczek azotu, metanu i tlenku węgla, które pochłaniają światło słoneczne, stygną, a następnie emitują ciepło, zarządzając całym budżetem energetycznym tej planety karłowatej. Dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba potwierdzają, że atmosfera Plutona jest wyjątkowa w Układzie Słonecznym.
Badanie „zasilanego mgłą” klimatu Plutona może wyjaśnić, w jaki sposób wczesna Ziemia pozostawała zdatna do życia, gdy nasza planeta nie zawierała prawie żadnego tlenu i była bogata w azot i węglowodory.
Teleskop Webba potwierdza niezwykłą dynamikę powierzchni Plutona
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) NASA dostarczył nowego spojrzenia na Plutona. Naukowcy zaobserwowali sezonowe zmiany w lodowym materiale pokrywającym powierzchnię Plutona, a co jeszcze bardziej zaskakujące, dostrzegli, że cząsteczki z atmosfery Plutona wydają się dryfować przez przestrzeń i osiadać na jego największym księżycu, Charonie. Ta niezwykła wymiana gazów między światami to coś, czego nie widzieliśmy nigdzie indziej w Układzie Słonecznym.
To badanie potwierdza prognozę, która została poczyniona lata temu na temat niezwykłej atmosfery Plutona na podstawie danych z przelotu sondy New Horizons NASA w 2015 r. W tym czasie Pluton został już przeklasyfikowany z planety na planetę karłowatą, ale zainteresowanie jego złożonymi cechami tylko wzrosło. Przelot w 2015 r. zapewnił najbliższy jak dotąd widok tego lodowego świata, znajdującego się na zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego.
Szalona hipoteza
W ślad za obserwacjami Plutona przez sondę New Horizons, Zhang opublikował w 2017 r. artykuł, w którym postawił hipotezę, że atmosfera Plutona jest zdominowana przez cząsteczki mgły, co czyniłoby ją całkowicie różną od innych atmosfer w Układzie Słonecznym. Zhang postawił tezę, że te cząsteczki mgły nagrzewają się i stygną, kontrolując cały bilans energetyczny w atmosferze Plutona. W tym czasie wielu naukowców wyraziło sceptycyzm wobec tej hipotezy.
Zhang i jego współautorzy przedstawili również jasną prognozę w swoim artykule z 2017 r.: jeśli mgła chłodzi Plutona, powinien on emitować silne promieniowanie średniej podczerwieni, które powinno być możliwe do zaobserwowania, gdy astronomowie będą mieli do dyspozycji wystarczająco duży teleskop. Ten moment nadszedł w Boże Narodzenie 2021 r., gdy NASA wystrzeliła w kosmos JWST, aby umożliwić obserwacje, które znacznie przewyższą te przeprowadzone przez jego naziemnych poprzedników w ciągu ostatnich kilku dekad.
Rakieta Ariane 5 firmy Arianespace startuje z Teleskopem Kosmicznym Jamesa Webba NASA na pokładzie, 25 grudnia 2021 r., ze Strefy Startowej ELA-3 europejskiego portu kosmicznego w Centrum Kosmicznym Gujany w Kourou w Gujanie Francuskiej. Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (czasami nazywany JWST lub Webb) to duży teleskop z 6,5-metrowym lustrem głównym, działający w podczerwonej części widma. Źródło: NASA/ESA
Mglisty, obcy świat
Przelot obok Plutona w 2015 r. ujawnił świat o zaskakujących krajobrazach, charakteryzujący się złożoną topografią — basenami, górami i dolinami — ciągłą aktywnością geologiczną, taką jak lodowce azotu (N₂) i metanu (CH₄), a także bogatą chemicznie atmosferę zawierającą lotne związki, takie jak N₂, CH₄ i tlenek węgla. Mglista atmosfera Plutona uformowała się z połączonej fotochemii metanu i azotu, podobnie jak mgła wokół księżyca Saturna, Tytana.
W przeciwieństwie do tego, Charon nie miał atmosfery i miał bardziej jednolitą powierzchnię zdominowaną przez lód wodny zmieszany ze związkami na bazie amoniaku. Uważa się, że jego ciemniejsze, czerwonawe obszary polarne są wynikiem wychwytywania i chemicznej transformacji cząsteczek CH₄ uciekających z atmosfery Plutona.
Krzywe jasności termicznej i lodowe wskazówki
Ostatnie obserwacje za pomocą JWST dają nowe spojrzenie na tę odległą planetę karłowatą. Jak podano w serii artykułów opublikowanych tej wiosny, po raz pierwszy instrument MIRI teleskopu umożliwił oddzielne pomiary emisji termicznej w średniej podczerwieni z Plutona i Charona w postaci krzywych jasności na 18, 21 i 25 µm.
Następnie, w maju 2023 r. instrument uzyskał wysokiej jakości widmo średniej podczerwieni (4,9–27 μm) Plutona i jego atmosfery. Ten zakres widmowy, wcześniej niezbadany z powodu niewystarczającej czułości wcześniejszych instrumentów, ujawnił nieoczekiwane bogactwo chemiczne, które doprowadziło do lepszego zrozumienia procesów atmosferycznych i pochodzenia lodów na Plutonie.
Pluton i jego największy księżyc, Charon, to dwaj najbardziej znani mieszkańcy Pasa Kuipera. Ta kompozycja ulepszonych kolorowych zdjęć Plutona (w prawym dolnym rogu) i Charona (w lewym górnym rogu) została wykonana przez sondę kosmiczną New Horizons NASA podczas przelotu przez układ Plutona 14 lipca 2015 r. Kolor i jasność Plutona i Charona zostały przetworzone identycznie, aby umożliwić bezpośrednie porównanie ich powierzchni i podkreślić podobieństwo między biegunowym czerwonym terenem Charona a równikowym czerwonym terenem Plutona. Pluton i Charon są pokazane w przybliżonych względnych rozmiarach, ale prawdziwa odległość dzieląca je nie jest zgodna ze skalą. Źródła: NASA, APL, SwRI
Nowe odkrycia dotyczące silnika klimatycznego Plutona
Krzywe blasku JWST ujawniły również zmiany w promieniowaniu cieplnym powierzchni Plutona i Charona podczas ich obrotu. Porównując te dane z modelami termicznymi, naukowcy byli w stanie nałożyć silne ograniczenia na bezwładność cieplną, emisyjność i temperaturę różnych regionów Plutona i Charona. Te parametry wpływają na globalne rozmieszczenie lodu na Plutonie i exodus cząsteczek atmosferycznych do Charona.
Kosmiczna mgła i starożytne echo Ziemi
Pluton znajduje się w naprawdę wyjątkowym miejscu w zakresie zachowania się atmosfer planetarnych. Daje nam to szansę na poszerzenie naszej wiedzy na temat zachowania się mgły w ekstremalnych środowiskach — wyjaśnił Zhang. I nie chodzi tylko o Plutona — wiemy, że księżyc Neptuna Tryton i księżyc Saturna Tytan również mają podobne atmosfery azotowe i węglowodorowe pełne cząsteczek mgły. Musimy więc przemyśleć ich role.
I, dodał Zhang, istnieje jeszcze głębszy związek. Zanim tlen nagromadził się w atmosferze Ziemi, około 2,4 miliarda lat temu, istniało już życie. Ale wtedy atmosfera Ziemi była zupełnie inna — nie było tlenu, głównie azot i dużo chemii węglowodorów. Badając mgłę i skład chemiczny Plutona, możemy uzyskać nowe informacje na temat warunków, które sprawiły, że wczesna Ziemia stała się zamieszkana.
Więcej informacji: publikacja “Evidence of haze control of Pluto’s atmospheric heat balance from JWST/MIRI thermal light curves” autorów Tanguy Bertrand i in., 2025, Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-025-02573-z
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Misja kosmiczna NASA New Horizons uchwyciła ten obraz powierzchni Plutona spowitej w mgiełkę atmosferyczną. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI
