یک مطالعه در سال ۲۰۲۶ که در نشریه The Planetary Science Journal منتشر شده، گزارش میدهد که فشار جو سیاره کوتوله پلوتو ظاهراً پس از یک دوره ثبات که از زمان گذر فضاپیمای نیوهورایزنز در سال ۲۰۱۵ تا حدود سال ۲۰۲۱ ادامه داشت، شروع به کاهش کرده است. در مدلی که تیم پژوهشی در آن مه جوی را نیز در نظر گرفته، فشار پس از سال ۲۰۲۱ حدود ۱۶ درصد کاهش یافته است.
مقصد احتمالی این گاز ازدسترفته فضای عمیق نیست. بخش زیادی از آن ممکن است به شکل یخ نیتروژن روی سطح پلوتو متراکم شود؛ زیرا این جرم آسمانی همچنان بهآرامی از خورشید دور میشود.
این موضوع در نگاه اول شبیه آغاز یک پایان به نظر میرسد. اما بهتر است آن را تغییری در حالت یک سامانه سیارهای بدانیم که احتمالاً میلیونها سال است نیتروژن را میان سطح و جو جابهجا میکند.
یک ستاره دوردست به فشارسنج تبدیل شد
هیچ فضاپیمایی در مدار پلوتو قرار ندارد. نیوهورایزنز در ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵ تنها یک بار از این سامانه عبور کرد، اندازهگیریهای فوقالعادهای انجام داد و سپس به حرکت خود در کمربند کویپر ادامه داد. امروزه اخترشناسان عمدتاً با استفاده از اختفاهای ستارهای، جو پلوتو را زیر نظر میگیرند.
اختفای ستارهای زمانی رخ میدهد که پلوتو از دید ناظران زمینی از مقابل یک ستاره دوردست عبور کند. یک جرم بدون جو باعث میشود نور ستاره بهطور ناگهانی قطع شود. اما جو پلوتو ابتدا بخشی از نور را میشکند و جذب میکند و در نتیجه افت تدریجی نور ایجاد میشود؛ شکل این افت اطلاعاتی درباره فشار، دما و ساختار جو در اختیار دانشمندان قرار میدهد.
این تحلیل جدید، ۱۰ اختفا را از اوت ۲۰۱۷ تا ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۳ با یکدیگر ترکیب کرده است. چهار رویداد از چند مسیر مختلف، یا کورد، در سایه پلوتو ثبت شدند. شش رویداد نیز از یک مکان منفرد مشاهده شدند که تفکیک هندسه مسیر از تأثیر خود جو را دشوارتر میکند.
این روش غیرمستقیم است، اما سابقه طولانی دارد. اختفاهای ستارهای در سال ۱۹۸۸ وجود جو پلوتو را آشکار کردند؛ تقریباً سه دهه پیش از آنکه یک فضاپیما مه لایهلایه این سیاره را از فاصله نزدیک مشاهده کند.
کاهش ۱۶ درصدی دقیقاً چه چیزی را اندازه میگیرد؟
بیشترین کاهش گزارششده مربوط به مدلهایی است که مه را در جو پایینی پلوتو در نظر میگیرند. در شعاع مرجع ۱٬۲۱۵ کیلومتری از مرکز پلوتو، فشار وزنی از ۶٫۱۷ میکروبار در دوره ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ به ۵٫۲۰ میکروبار پس از سال ۲۰۲۱ کاهش یافته است. تغییر محاسبهشده ۱۶ درصد بوده و عدمقطعیت آن ۲ واحد درصد است.
روش دوم نتیجهای محتاطانهتر ارائه میدهد. هنگامی که پژوهشگران تنها جو بالایی و شفافتر را برازش کردند و فشار را در شعاع ۱٬۲۷۵ کیلومتری محاسبه کردند، به کاهش ۷ درصدی با عدمقطعیت ۶ واحد درصد رسیدند.
این شعاعهای مرجع صرفاً اعداد تزئینی نیستند. بیشتر منحنیهای نوری حاصل از اختفا به سطح پلوتو نمیرسند. پژوهشگران جو را در ارتفاعهایی که نور ستاره واقعاً از آنها عبور میکند برازش میکنند و اگر بخواهند شرایط لایههای پایینتر را تخمین بزنند، از یک پروفایل جوی استفاده میکنند. اگر ساختار جو در حال تغییر باشد، تبدیل این دادهها به فشار سطحی نیز میتواند تغییر کند.
نکته دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. کارزار رصدی از رویداد اوت ۲۰۲۱ تا آخرین رویداد در ژوئیه ۲۰۲۳ ادامه داشت، اما برآورد رسمی کاهش ۱۶ درصدی، مقایسهای وزنی میان دوره ثابت ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ و برازشهای جوی پس از سال ۲۰۲۱ است که بیشترین تأثیر را از مشاهدات چندمسیره و دقیقتر سال ۲۰۲۲ گرفته است. رویداد ژوئیه ۲۰۲۳ یک مجموعه داده تکمسیره با سیگنال ضعیف و عدمقطعیت زیاد بود.
بنابراین، عبارت «بین اواسط سال ۲۰۲۱ و ژوئیه ۲۰۲۳» پنجره زمانیای را توصیف میکند که تغییر در آن قابل مشاهده شد. این عبارت نباید بهعنوان دو اندازهگیری مستقیم فشار در همان تاریخهای مشخص تفسیر شود.
پلوتو دور شد، اما جو آن ضخیمتر شد
پلوتو در سال ۱۹۸۹ از حضیض خورشیدی، یعنی نزدیکترین نقطه مدار خود به خورشید، عبور کرد. از آن زمان تاکنون در حال دور شدن از خورشید بوده است. پیشبینی ساده این بود که جو آن نیز باید بلافاصله شروع به کوچک شدن کند.
اما اختفاهای ستارهای نشان دادند که فشار جو از سال ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۲ تقریباً دو برابر شد، در حدود سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ متوقف شد و سپس تا حدود سال ۲۰۱۵ به افزایش خود ادامه داد. فشار جو تا سال ۲۰۲۱ نیز تقریباً در همان سطح باقی ماند.
این تأخیر، درس مهمی درباره فصلهای سیارهای به ما میدهد. محور چرخش پلوتو حدود ۱۲۲ درجه انحراف دارد، مدار آن بیضوی است و لایههای زیرسطحی آن میتوانند گرما را ذخیره کنند. اقلیم پلوتو تنها به فاصله آن از خورشید واکنش نشان نمیدهد، بلکه به محل تابش نور خورشید، میزان یخهای فرّار موجود و سرعت بسیار آهسته بازگشت گرمای ذخیرهشده نیز بستگی دارد.
فاصله، جهت کلی تغییرات را تعیین میکند؛ اما اینرسی حرارتی و جغرافیا زمانبندی آن را مشخص میکنند.
سطح و آسمان، یک سامانه نیتروژنی را تشکیل میدهند
جو پلوتو عمدتاً از نیتروژن مولکولی تشکیل شده و مقادیر کمتری متان، مونوکسید کربن و هیدروکربنهای جزئی نیز در آن وجود دارد. سطح آن نیز مخازن عظیمی از یخ نیتروژن دارد که برجستهترین نمونه آن در اسپوتنیک پلانتیا، بخش غربی و روشن ناحیه قلبشکل تومبا ریجیو، دیده میشود.
همانطور که پیشتر نیز درباره اسپوتنیک پلانتیا بررسی شده، این دشت صرفاً یک تکه یخ ثابت نیست. یخ نیتروژن در آن جابهجا میشود، جریان پیدا میکند و سطح را نوسازی میکند. این یخ همچنین منبع جو بالای خود است.
در دمای پلوتو، مرز میان زمین و هوا ثابت نیست. یخ نیتروژن هنگامی که گرم میشود، مستقیماً تصعید و به گاز تبدیل میشود. وقتی دما کاهش مییابد، گاز نیتروژن نیز مستقیماً به یخ تبدیل و روی سطح متراکم میشود. بنابراین فشار جو به فشار بخار یخهای سطحی وابسته است و حتی تغییرات کوچک دما میتواند باعث تغییرات قابلتوجه در فشار شود.
نیوهورایزنز تصویر بصری این فرایند را نیز در اختیار دانشمندان قرار داد. تصاویر این فضاپیما هنگام نگاه کردن به پلوتو از پشت، نشان دادند که این جرم آسمانی با لایههای متعدد جوی احاطه شده است. همانطور که در بررسیهای پیشین درباره گرگومیش آبی پلوتو توضیح داده شد، ذرات آلی نور خورشید را پراکنده میکنند؛ حتی اگر خود گاز جو بهشدت رقیق باشد.
مطالعه جدید نشان داد که شکل کلی جو بالایی بین سالهای ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۳، در محدوده خطاهای اندازهگیری، ثابت باقی مانده است. اما منحنیهای نوری لایههای پایینتر تغییر کردهاند. نویسندگان میگویند این موضوع با تغییر گرادیانهای حرارتی، تغییر میزان مه یا ترکیبی از هر دو سازگار است.
برای ذراتی با اندازه حدود ۰٫۲ میکرومتر تا ۱۰ نانومتر، زمان تهنشینی تخمینی آنها بین حدود ۱۰ تا ۴۰۰ روز است. بنابراین، شیب کمتر منحنیهای نوری اخیر ممکن است نشانهای از فرود مه به سمت پایین در اثر انقباض جو باشد.
«فروپاشی جو» به معنای نابودی آن نیست
دانشمندان علوم سیارهای گاهی افت شدید فشار ناشی از تراکم گاز را «فروپاشی جو» مینامند. این عبارت از نظر فنی مفید است، اما از نظر احساسی میتواند گمراهکننده باشد. چیزی مانند سقف ساختمان فرو نمیریزد.
در پلوتو، بخش زیادی از نیتروژن صرفاً تغییر حالت میدهد و به ذخیره یخی موجود در سطح میپیوندد. بنابراین لزوماً از خود پلوتو خارج نمیشود. در شرایط گرمتر و در بخش دیگری از چرخه فصلی، بخشی از این یخ میتواند دوباره تصعید شود و به جو بازگردد.
مدلها درباره میزان کاهش آینده فشار اختلاف نظر دارند. سناریوهای قدیمیتر اجازه میدادند بخش عمده جو در بخشهای سردتر مدار پلوتو منجمد شود. مدلهای جدیدتر انتقال مواد فرّار اغلب وجود حداقل یک جو سراسری بسیار رقیق را در تمام مدار ۲۴۸ ساله پلوتو حفظ میکنند؛ زیرا اسپوتنیک پلانتیا مقدار زیادی نیتروژن دارد و لایههای زیرسطحی نیز اینرسی حرارتی قابلتوجهی دارند.
این تفاوت مهم است. یک جو سراسری رقیقتر، یک جو موقتاً محدود به بخشهایی از سطح و یک فروپاشی تقریباً کامل فصلی، سه نتیجه متفاوت هستند. مشاهدات فعلی هنوز دقت کافی برای انتخاب قطعی میان همه مدلها را ندارند.
چگونه یک جو میتواند میلیونها سال دوام بیاورد؟
هیچ مشاهدهای نشان نمیدهد که جو پلوتو در تمام طول تاریخ زمینشناختی خود بدون وقفه وجود داشته است. انسانها تنها از سال ۱۹۸۸ موفق به شناسایی آن شدهاند. عبارت «در شکلی از خود دوام آورده است» استنباطی بر اساس ذخایر مواد فرّار، شواهد سطحی، برآوردهای فرار جوی و مدلسازی اقلیمی است.
یک مدل چرخه نیتروژن در مقیاس زمانی طولانی، انتقال مواد فرّار پلوتو را طی میلیونها سال بررسی کرده است؛ از جمله تغییرات انحراف محوری و هندسه مداری. شبیهسازیهای این مدل، نیتروژن را میان اسپوتنیک پلانتیا و مناطق دیگر جابهجا میکنند، ذخایر یخی را ایجاد و فرسوده میکنند و فشار سطحی را در ۳۰ میلیون سال گذشته بررسی میکنند.
این همان معنای عمیقتری است که در آن میتوان گفت جو پلوتو دوام آورده است. لازم نیست هر مولکول نیتروژن برای همیشه به شکل گاز باقی بماند. جو میتواند منقبض شود، یخها جابهجا شوند و فشار جهانی بهشدت نوسان کند، در حالی که مخزن بههمپیوسته نیتروژن همچنان پابرجا میماند.
بنابراین، ادعا اینکه پلوتو میلیونها سال فشار جوی امروزی یا مه جوی جهانیِ پیوسته داشته، بیش از حد قوی است. اما منطقی است نتیجه بگیریم که سازوکار لازم برای بازسازی یک جو نیتروژنی، در طول چرخههای اقلیمی طولانی فعال بوده است.
چرا سال ۲۱۱۴ تاریخ انقضای پلوتو نیست؟
بر اساس اطلاعات ناسا درباره پلوتو، این سیاره کوتوله بین حدود ۳۰ تا ۴۹٫۳ واحد نجومی از خورشید فاصله دارد. انتظار میرود پلوتو در حدود سال ۲۱۱۴ به اوج خورشیدی یا آپهلیون، یعنی دورترین نقطه مدار خود از خورشید، برسد.
این سال به معنای شمارش معکوس برای ناپدید شدن آخرین مولکول هوا نیست. هندسه فصلی، توزیع یخ نیتروژن و گرمای زیرسطحی میتوانند زمان رسیدن فشار به بیشینه یا کمینه را نسبت به حضیض و اوج خورشیدی جابهجا کنند. پلوتو پیشتر نیز این تأخیر را نشان داده است؛ فشار جو آن برای دههها پس از آغاز دور شدن از خورشید افزایش یافت.
پلوتو از زمان کشف آن در سال ۱۹۳۰ هنوز حتی یک مدار کامل را به دور خورشید طی نکرده است؛ بنابراین نجوم مدرن کمتر از دوپنجم یک سال پلوتونی را مشاهده کرده است. خود جو نیز تنها در بخش کوچکی از این بازه مورد اندازهگیری قرار گرفته است.
مدلی که بیشترین شباهت را به کاهش جدید نشان میدهد، کاهش فشار را تقریباً از دوران کنونی، یعنی حدود سال ۲۰۲۵، آغاز میکند. مدلهای دیگر پیشبینی میکنند که کاهش فشار ممکن است تا اواخر دهه ۲۰۲۰ در اختفاهای معمولی و با کیفیت متوسط قابل مشاهده نباشد. این مدلها همچنین حداقل فشار یکسانی را پیشبینی نمیکنند.
شواهد امیدوارکنندهاند، اما هنوز قطعی نیستند
مقاله سال ۲۰۲۶ درباره محدودیتهای شواهد خود محتاط است. نسبت سیگنال به نویز در ۱۰ رویداد جدید بین ۲ تا ۱۵۸ متغیر بود. مشاهدات تکمسیره باعث ایجاد ابهامی میان اندازه جو پلوتو و مسیری میشوند که از سایه آن طی شده است. روشهای متفاوت برای مدلسازی مه نیز به نتایج متفاوتی درباره میزان تغییر فشار منجر میشوند.
به همین دلیل، نویسندگان میگویند نتایج آنها نشان میدهد فشار جو احتمالاً شروع به کاهش کرده است. آنها ادعا نمیکنند که آینده جو را بهطور کامل ترسیم کردهاند.
نتیجه ۱۶ درصدی حاصل از مدل دارای مه، قویترین نشانه تاکنون است که دوره طولانی ثبات فشار ممکن است در حال پایان یافتن باشد. نتیجه ۷±۶ درصدی مربوط به جو شفافتر، مشاهده نامطمئن سال ۲۰۲۳ و ثابت ماندن ساختار لایههای بالایی، دلایلی هستند که نشان میدهند این نتیجهگیری همچنان باید موقت و محتاطانه در نظر گرفته شود.
اختفاهای آینده کاری را انجام خواهند داد که هیچ گذر یکباره فضاپیما نمیتواند انجام دهد: آنها پلوتو را بارها و بارها در طول تغییر فصلها بررسی خواهند کرد. هر رویداد تنها چند دقیقه طول میکشد و ممکن است فقط در مسیری باریک روی زمین قابل مشاهده باشد، اما مجموعه این مشاهدات میتواند اقلیمی را ردیابی کند که مقیاس زمانی آن از طول عمر یک انسان بیشتر است.
آسمان پلوتو صرفاً در حال ناپدید شدن نیست. نیتروژن در حال حرکت از گاز به یخ، از جو به یخچال است و شاید در فصلی بسیار دور، دوباره از سطح به آسمان بازگردد.
