وقتی فضاپیمای افق‌های نو (New Horizons) در سال ۱۳۹۳ از کنار پلوتو و قمرش کارون عبور کرد، دو دنیای شگفت‌انگیز با ساختاری پیچیده و جوی فعال را به تصویر کشید. آن تصاویر لحظه‌ای، درک ما از این سامانه دوردست را دگرگون کردند. اکنون، مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در سال‌های ۱۴۰۱ و ۱۴۰۲ نشان می‌دهند که جو پلوتو به‌کلی متفاوت از هر جو دیگری در منظومه شمسی است. یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن، وجود ذرات مه‌آلودی است که با گرم و سرد شدن، بالا و پایین می‌روند.
جو پلوتو ترکیبی پیچیده از نیتروژن، متان و مونوکسید کربن است. بر اساس داده‌های جیمز وب، این ذرات مه‌آلود، تعادل انرژی در جو را کنترل می‌کنند؛ یعنی هنگام گرم شدن و سرد شدن، تأثیر مستقیمی بر انتقال انرژی دارند. این پدیده در هیچ‌یک از سیارات دیگر منظومه شمسی دیده نشده است.
مشاهدات جیمز وب بر پایه نظریه‌ای بود که اخترشناس «شی ژانگ» از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز در سال ۲۰۱۷ مطرح کرده بود. او می‌گوید: «آن زمان ایده‌ام دیوانه‌وار به نظر می‌رسید.» اما او و همکارانش به‌قدری به آن مطمئن بودند که پیش‌بینی کردند اگر مه باعث خنک شدن جو پلوتو باشد، باید تابش فروسرخ قوی از خود منتشر کند. بنابراین، تلسکوپی حساس به فروسرخ باید بتواند این پدیده را «ببیند».
بر همین اساس، تیمی به رهبری تانگوی برتراند از رصدخانه پاریس، با استفاده از جیمز وب به بررسی نقش مه در تعادل گرمایی جو پلوتو پرداختند. ژانگ با افتخار گفت: «پیش‌بینی‌مان تأیید شد. در علوم سیاره‌ای، این‌که فرضیه‌ای طی چند سال کوتاه تأیید شود، اتفاق نادری است؛ خیلی خوش‌شانس و هیجان‌زده‌ایم.»
پلوتو، کارون و جو آن‌ها
جو پلوتو ترکیبی شیمیایی غنی از نیتروژن، متان و مونوکسید کربن دارد. در مقابل، کارون تقریباً جوی ندارد، البته ممکن است فعالیت‌های فصلی در آن منجر به گازدهی‌های موقت شود.
با احترام به: ناسا / آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز / مؤسسه پژوهشی جنوب‌غرب
مه‌هایی که در تصاویر مأموریت افق‌های نو از پلوتو دیده شدند، حاصل واکنش‌های فتوشیمیایی نیتروژن و متان هستند. از این نظر، شباهتی با مه‌های موجود در تیتان (قمر زحل) دارد. برای درک بهتر این پدیده، مشاهداتی بلندمدت لازم بود که افق‌های نو قادر به انجامشان نبود. بنابراین، تلسکوپ جیمز وب در سال ۱۴۰۱ با ابزار MIRI بر مه‌ها و جو پلوتو تمرکز کرد و اندازه‌گیری‌هایی در طول‌موج‌های ۱۸، ۲۱ و ۲۵ میکرون برای پلوتو و کارون انجام داد.
در سال ۱۴۰۲، MIRI به‌طور خاص روی پلوتو تمرکز کرد و داده‌هایی از جو و مه آن در محدوده فروسرخ میانی (۴٫۹ تا ۲۷ میکرون) ثبت نمود. این داده‌ها تصویر کامل‌تری از پویایی جو پلوتو ارائه دادند.
نتایج، تغییراتی در تابش حرارتی سطحی – یعنی تغییرات دمایی – پلوتو و کارون در طول چرخش آن‌ها را نشان داد. با مقایسه این داده‌ها با مدل‌های حرارتی، پژوهشگران توانستند برآوردهایی دقیق از اینرسی حرارتی، گسیل‌پذیری و دمای نواحی مختلف این دو جرم ارائه دهند؛ عواملی که در توزیع یخ‌های سطحی در پلوتو نقش دارند و حتی مواد سطحی را از پلوتو به کارون منتقل می‌کنند.
چرخه‌های فصلی و مهاجرت یخ‌ها
یخ‌های فرّاری که سطح پلوتو را می‌پوشانند، با تغییرات فصلی جابه‌جا می‌شوند؛ گویی از سطح «جمع‌آوری» شده و در مکان دیگری ته‌نشین می‌شوند. بخشی از این مواد حتی از پلوتو جدا شده و روی سطح کارون رسوب می‌کنند؛ پدیده‌ای که تاکنون در جای دیگری از منظومه شمسی دیده نشده است.
مه، تنظیم‌کننده دمای پلوتو
داده‌های جدید نشان می‌دهند که جو پلوتو از نظر ویژگی‌های حرارتی، کاملاً منحصربه‌فرد است. در حالی که در سایر سیارات، مولکول‌های گاز عامل اصلی در تعادل دمایی هستند، در پلوتو این نقش را ذرات مه بر عهده دارند. ژانگ می‌گوید این ویژگی، پلوتو را به هدفی جذاب‌تر برای مطالعه تبدیل می‌کند.
او همچنین اشاره می‌کند که جو اولیه زمین نیز عمدتاً از نیتروژن و ترکیبات هیدروکربنی تشکیل شده بود. بنابراین، مطالعه مه‌های پلوتو می‌تواند سرنخ‌هایی از شرایط اولیه زمین قابل‌زیست به ما بدهد.
مطالعات جیمز وب تنها گامی نخست در درک تعاملات پیچیده جو پلوتو هستند؛ تعاملی که به مواد موجود بر سطح کارون نیز مرتبط است.
ژانگ می‌گوید: «پلوتو در جایگاه منحصربه‌فردی از منظر رفتار جوی قرار دارد. این فرصت بی‌نظیری است تا درک خود را از نقش مه در محیط‌های شدید گسترش دهیم. و البته این فقط درباره پلوتو نیست – قمر تریتون نپتون و قمر تیتان زحل نیز جوهایی پر از مه و از جنس نیتروژن و هیدروکربن دارند. پس باید نگاه‌مان به آن‌ها را هم بازنگری کنیم.»
