З моменту історичного прольоту апарату New Horizons біля Плутона у 2015 році вчених вводила в оману таємнича руда «пляма» на одному з полюсів Харона – найбільшого супутника карликової планети. Команда астрономів із Південно-Західного дослідницького інституту побудувала модель, що може пояснити природу цього феномена – а заразом і спростувати провідну теорію про його походження.
Незабаром після виявлення червоної полярної шапки Харона вчені висунули припущення, що матеріал, який надає їй характерного кольору, утворюється внаслідок розпаду молекул замерзлого метану на нічному боці супутника. Така реакція відбувається під впливом світла, відбитого молекулами водню у міжпланетному просторі.
Метан потрапляє на супутник з Плутона та замерзає на полюсах протягом довгих зимових ночей. Однак двічі на місцевий рік (близько 248 земних років) над одним із полюсів Харона сходить Сонце, і нагрітий ним метановий лід випаровується назад в атмосферу, через деякий час конденсуючись на протилежному полюсі. Цей процес триває лише 4 роки, підвищуючи щільність атмосфери супутника у тисячу разів.
Наші результати показують, що різкі сезонні зміни тонкої атмосфери Харона, а також розпад молекул метану під дією світла є ключем до розуміння походження червоної полярної шапки Харона. Це один із найяскравіших прикладів взаємодії поверхні та атмосфери, які нам доводилося спостерігати.
Уджвал Раут, головний автор статті «Charon’s Refractory Factory»
У новому дослідженні команда відтворила умови на поверхні супутника в лабораторії з метою виміряти склад та колір речовини, що утворюється внаслідок описаного процесу.
Наша інноваційна модель «динамічного фотолізу» дозволила переглянути рівень впливу міжпланетного ультрафіолету в лінії Лайман-альфа (одна зі спектральних ліній водню – прим. ред.) на синтез червоної речовини Харона. В ході експерименту ми піддали метан конденсації у вакуумній камері під впливом фотонів, щоб відтворити умови на полюсах супутника.
Отримані дані було передано у математичну модель метанової атмосфери Харона, що симулює сезонні зміни її щільности та складу.
Виявилося, що товщина шару метанового льоду, що утворюється після «перезаморожування», є надто високою – крізь нього до наступного світанку не встигає пробитися достатньо перевідбитих фотонів. Однак за таких умов є можливим синтез іншої речовини – етану.
Етан стабільніший за метан, і тому залишається у замороженому стані на поверхні Харона ще довго після весняного світанку. Саме з нього під впливом сонячного вітру може утворюватися речовина, що надає полярній шапці супутника її червоного кольору.
Бен Теоліс, головний автор статті «Extreme Exospheric Dynamics at Charon: Implications for the Red Spot»
Команда планує продовжити дослідження Харона та ролі, яку відіграє сонячний вітер у формуванні його червоної полярної шапки.