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Nuevos estudios sobre el origen de la mancha roja del polo norte de Caronte

Con la mitad del tamaño de Plutón, Caronte es el satélite más grande conocido en relación con su cuerpo principal. Caronte orbita Plutón cada 6,4 días terrestres. James Christy y Robert Harrington descubrieron a Caronte en 1978 en el Observatorio Naval de Estados Unidos en Flagstaff, Arizona.

Los científicos del Southwest Research Institute combinaron datos de la misión New Horizons de la NASA con experimentos de laboratorio novedosos y modelos exosféricos para revelar la composición probable de la capa roja en la luna Caronte de Plutón y cómo se pudo haber formado. Los nuevos hallazgos sugieren que las oleadas estacionales drásticas en la delgada atmósfera de Caronte combinadas con la luz que descompone la escarcha de metano en condensación pueden ser clave para comprender los orígenes de las zonas polares rojas de Caronte.  Crédito: Cortesía de la NASA / Johns Hopkins APL / SwRI

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Los científicos del Southwest Research Institute (SwRI) combinaron datos de la misión New Horizons de la NASA con experimentos de laboratorio de última generación y modelos exosféricos para revelar la composición probable del casquete rojo en la luna Caronte de Plutón y cómo se pudo haber formado. Esta primera descripción de la atmósfera dinámica de metano de Caronte utilizando nuevos datos experimentales proporciona una visión fascinante de los orígenes de la mancha roja de esta luna, como se describe en dos artículos recientes.

“Antes de New Horizons, las mejores imágenes del Hubble de Plutón revelaron solo una mancha borrosa de luz reflejada”, dijo Randy Gladstone de SwRI, miembro del equipo científico de New Horizons. “Además de todas las características fascinantes descubiertas en la superficie de Plutón, el sobrevuelo reveló una característica inusual en Caronte, una sorprendente gorra roja centrada en su polo norte”.

Poco después del encuentro de 2015, los científicos de New Horizons propusieron que la luz ultravioleta podría sintetizar un material rojizo “similar a la tolina” en el polo de Caronte mediante la descomposición de las moléculas de metano. Estos son capturados después de escapar de Plutón y luego congelados en las regiones polares de la luna durante sus largas noches de invierno. Las tolinas son residuos orgánicos pegajosos formados por reacciones químicas impulsadas por la luz, en este caso el brillo ultravioleta Lyman-alfa dispersado por átomos de hidrógeno interplanetarios.

“Nuestros hallazgos indican que los aumentos drásticos estacionales en la delgada atmósfera de Caronte, así como la luz que descompone la escarcha de metano que se condensa, son clave para comprender los orígenes de la zona polar roja de Caronte”, dijo el Dr. Ujjwal Raut de SwRI, autor principal de un artículo titulado “Fábrica refractaria de Caronte” en la revista Science Advances. “Este es uno de los ejemplos más ilustrativos y claros de las interacciones entre la superficie y la atmósfera observados hasta ahora en un cuerpo planetario”.

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El equipo reprodujo de manera realista las condiciones de la superficie de Caronte en el nuevo Centro de Astrofísica de Laboratorio y Experimentos de Ciencias Espaciales (CLASSE) de SwRI 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 brillo de Lyman-alfa. El equipo introdujo las mediciones en un nuevo modelo atmosférico de Caronte para mostrar el metano descomponiéndose en residuos en el punto del polo norte de Caronte.

“Los novedosos experimentos de ‘fotólisis dinámica’ de nuestro equipo proporcionaron nuevos límites a la contribución del Lyman-alfa interplanetario a la síntesis del material rojo de Caronte”, dijo Raut. “Nuestro experimento condensó metano en una cámara de ultra alto vacío bajo exposición a fotones Lyman-alfa para replicar con alta fidelidad las condiciones en los polos de Caronte”.

Los científicos de SwRI también desarrollaron una nueva simulación por computadora 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, autor principal de un artículo relacionado titulado “Dinámica exosférica extrema en Caronte: Implicaciones para la Mancha Roja” en la revista Geophysical Research Letters.

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El equipo ingresó los resultados de los experimentos ultrarrealistas de SwRI en el modelo atmosférico para estimar la distribución de hidrocarburos complejos que emergen 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 a un 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 más rojos responsables del albedo único en esta enigmática luna”, dijo Raut. “El etano es menos volátil que el metano y permanece congelado en la superficie de Caronte mucho después del amanecer de primavera. La exposición al viento solar puede convertir el etano en depósitos superficiales rojizos persistentes que contribuyen al casquete rojo de Caronte”.

“El equipo está listo para investigar el papel del viento solar en la formación del polo rojo”, dijo el Dr. Josh Kammer de SwRI, quien aseguró el apoyo continuo del Programa de Análisis de Datos Nueva Frontera de la NASA.

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Referencia: “Dinámica exosférica extrema en Caronte: implicaciones para la mancha roja” por Ben Teolis, Ujjwal Raut, Joshua A. Kammer, Caleb J. Gimar, Carly JA Howett, G. Randall Gladstone y Kurt D. Retherford, 15 de abril de 2022, Cartas de investigación geofísica . DOI: 10.1029/2021GL097580

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