La delgada atmósfera de metano de la mayor luna de Plutón, Caronte, sufre pulsaciones «explosivas» debido a la inclinación casi lateral del sistema Plutón-Caronte con respecto al Sol, según una nueva investigación dirigida por científicos del Southwest Research Institute. La salida del sol en primavera puede hacer que el metano polar congelado durante la larga noche de invierno regrese a la atmósfera de Caronte, haciendo que toda la atmósfera aumente breve y drásticamente su presión en un factor de casi 1.000 cada equinoccio. Durante estos brevísimos episodios, que tienen lugar a los pocos años de la órbita de 248 años del sistema Plutón-Caronte alrededor del Sol, los casquetes polares de escarcha de metano de decenas de micras de grosor pueden intercambiarse repentinamente entre el norte y el sur, evaporarse y volver a congelarse de las zonas polares de primavera a las de otoño. Se sospecha que la mancha roja polar de Caronte, vista por la nave espacial New Horizons de la NASA, es material sintetizado a partir de metano congelado por la luz ultravioleta (UV) solar retrodispersada. Sin embargo, los autores descubrieron que los casquetes polares de Caronte se congelan demasiado rápido y grueso para la síntesis de mucho material más complejo que el etano. No obstante, el etano, al ser menos volátil que el metano, permanece congelado en la superficie de Caronte durante décadas después de la salida del sol en primavera, y puede que bajo la exposición al viento solar se convierta en depósitos superficiales permanentes de color rojo que contribuyan al origen de la mancha roja de Caronte.
Esta impresionante vista de Caronte fue capturada el 14 de julio de 2015. La paleta de colores de Caronte no es tan diversa como la de Plutón; lo más llamativo es la región polar norte rojiza (arriba), llamada informalmente Mordor Macula. Crédito de la imagen: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute.
«Antes de New Horizons, las mejores imágenes del Hubble de Plutón sólo revelaban una mancha borrosa de luz reflejada», dijo el Dr. Randy Gladstone, miembro del equipo de New Horizons e investigador del Southwest Research Institute y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Texas en San Antonio.
«Además de todas las características fascinantes descubiertas en la superficie de Plutón, el sobrevuelo reveló una característica inusual en Caronte, una sorprendente tapa roja centrada en su polo norte».
Poco después del encuentro de 2015, los científicos de New Horizons propusieron que un material rojizo similar a la colina en el polo de Caronte podría ser sintetizado por la luz ultravioleta que descompone las moléculas de metano.
Estas son capturadas tras escapar de Plutón y luego congeladas en las regiones polares de la luna durante sus largas noches de invierno.
Las tholinas son residuos orgánicos pegajosos formados por reacciones químicas alimentadas por la luz, en este caso el resplandor UV Lyman-alfa dispersado por las moléculas de hidrógeno interplanetarias.
«Nuestros hallazgos indican que los drásticos aumentos estacionales en la delgada atmósfera de Caronte, así como la luz que descompone la escarcha de metano que se condensa, son claves para entender los orígenes de la zona polar roja de Caronte», dijo el Dr. Ujjwal Raut, investigador del Instituto de Investigación del Suroeste y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Texas en San Antonio.
«Este es uno de los ejemplos más ilustrativos y descarnados de las interacciones superficie-atmósfera observadas hasta ahora en un cuerpo planetario».
Los investigadores reprodujeron de forma realista las condiciones de la superficie de Caronte para medir la composición y el color de los hidrocarburos producidos en el hemisferio invernal de Caronte a medida que el metano se congela bajo el resplandor Lyman-alfa.
Introdujeron las mediciones en un nuevo modelo atmosférico de Caronte para mostrar la descomposición del metano en residuos en el punto polar norte de Caronte.
«Los novedosos experimentos de ‘fotólisis dinámica’ de nuestro equipo proporcionaron nuevos límites sobre la contribución de Lyman-alfa interplanetaria a la síntesis del material rojo de Caronte», dijo el Dr. Raut.
«Nuestro experimento condensó metano en una cámara de vacío ultra alto bajo exposición a fotones Lyman-alfa para replicar con alta fidelidad las condiciones en los polos de Caronte».
Los científicos también desarrollaron una nueva simulación informática para modelar la delgada atmósfera de metano de Caronte.
«El modelo apunta a pulsaciones estacionales ‘explosivas’ en la atmósfera de Caronte debido a cambios extremos en las condiciones durante el largo viaje de Plutón alrededor del Sol», dijo el Dr. Ben Teolis, investigador del Instituto de Investigación del Suroeste y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Texas en San Antonio.
El equipo introdujo los resultados de los experimentos ultrarrealistas en el modelo atmosférico para estimar la distribución de los hidrocarburos complejos que surgen de la descomposición del metano bajo la influencia de la luz ultravioleta.
El modelo tiene zonas polares que generan principalmente etano, un material incoloro que no contribuye al color rojizo.
«Creemos que la radiación ionizante del viento solar descompone la escarcha polar cocida por Lyman-alfa para sintetizar materiales cada vez más complejos y rojos, responsables del albedo único de esta enigmática luna», dijo el Dr. Raut.
«El etano es menos volátil que el metano y permanece congelado en la superficie de Caronte mucho después de la salida del sol en primavera».
«La exposición al viento solar puede convertir el etano en depósitos superficiales rojizos persistentes que contribuyen al casquete rojo de Caronte».
Los resultados aparecen en dos artículos publicados la revista Geophysical Research Letters y la revista Science Advances.
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Ben Teolis et al. Extreme Exospheric Dynamics at Charon: Implications for the Red Spot. Geophysical Research Letters, publicado en línea el 15 de abril de 2022; doi: 10.1029/2021GL097580
Ujjwal Raut et al. 2022. La fábrica de refractarios de Caronte. Science Advances 8 (24); doi: 10.1126/sciadv.abq5701
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