هشداری برای منظومه شمسی/ سیاره کوتوله ما در حال یخ زدن است!

تینا مزدکی_بررسی‌های تازه مؤید آن است که جو پلوتو، که به‌احتمال زیاد طی میلیون‌ها سال به‌صورت مداوم یا از طریق چرخه‌ای وجود داشته، ممکن است در مراحل جدیدی قرار گرفته باشد. اطلاعات به‌دست‌آمده از رصدهای اختفاهای ستاره‌ای نشان می‌دهد فشار جوی پلوتو، پس از دوره‌ای طولانی از ثبات، از حدود سال ۲۰۲۱ به تدریج کاهش یافته و در یکی از مدل‌های مورد بررسی، این کاهش به ۱۶ درصد رسیده است. چون پلوتو تا سال ۲۱۱۴ همچنان از خورشید فاصله می‌گیرد، محققان بر این باورند که بخشی از نیتروژن موجود در جو ممکن است به آرامی متراکم شده و به شکل یخ بر سطح این سیاره بازگردد.

مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۶ در نشریه The Planetary Science Journal منتشر می‌شود، نشان می‌دهد که فشار جوی پلوتو پس از دوره‌ای تقریباً ثابت که از زمان عبور فضاپیمای نیوهورایزنز در سال ۲۰۱۵ تا حدود سال ۲۰۲۱ ادامه داشت، احتمالاً از آن زمان آغاز به کاهش کرده است. در مدلی که مه و ذرات معلق جو را در نظر می‌گیرد، فشار جو پس از سال ۲۰۲۱ حدود ۱۶ درصد کمتر برآورد شده است.

با این وجود، این رویداد اساساً به معنای از بین رفتن جو پلوتو نیست. گازی که از جو کاسته شده، به احتمال زیاد تا حد زیادی به فضای بین‌سیاره‌ای فرار نکرده و بلکه با کاهش دما روی سطح پلوتو متراکم شده و دوباره به شکل یخ نیتروژن درآمده است. به بیان دیگر، بخشی از «آسمان» پلوتو ممکن است در حال تبدیل شدن به یخ روی سطح آن باشد.

یک ستاره دوردست، فشارسنج پلوتو شد

هیچ فضاپیمایی در مدار پلوتو قرار ندارد. فضاپیمای نیوهورایزنز در تاریخ ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵ از نزدیکی این جرم عبور کرد و پس از جمع‌آوری اطلاع‌رسانی‌های ارزشمند، مسیر خود را به سمت کمربند کویپر ادامه داد. از آن زمان، اخترشناسان برای تحلیل جو پلوتو عمدتاً از روشی به نام «اختفای ستاره‌ای» بهره برده‌اند.

در این روش، زمانی که پلوتو از مقابل یک ستاره دوردست عبور می‌کند، نور ستاره پیش از ناپدید شدن کامل، از جو پلوتو می‌گذرد. جو باعث انحراف و جذب بخشی از نور می‌شود و در نتیجه، افت تدریجی نور ستاره شکل می‌گیرد.

شکل این افت نور به دانشمندان این امکان را می‌دهد که اطلاعاتی درباره فشار، دما و ساختار جو پلوتو به دست آورند.

در پژوهش تاز‌ه، داده‌های ۱۰ اختفای ستاره‌ای میان اوت ۲۰۱۷ تا ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۳ مورد بررسی قرار گرفته است. چهار رویداد از چند مسیر مختلف در سایه پلوتو ثبت شدند و شش رویداد تنها از یک نقطه رصدی مشاهده شدند. داده‌های چندمسیره اطلاعات دقیق‌تری ارائه می‌دهند، در حالی که تفسیر رصدهای تک‌مسیره دشواری‌های خاصی دارد.

این شیوه البته چیز جدیدی نیست. اخترشناسان برای اولین بار در سال ۱۹۸۸ و از طریق اختفای ستاره‌ای توانستند جو پلوتو را شناسایی کنند؛ یعنی نزدیک به سه دهه پیش از آنکه نیوهورایزنز از کنار این جرم عبور کند.

کاهش ۱۶ درصدی فشار چگونه محاسبه شد؟

بیشترین کاهش فشار در مدلی بدست آمده که غبار موجود در بخش پایینی جو پلوتو را نیز در نظر می‌گیرد. در این مدل، فشار در شعاع ۱٬۲۱۵ کیلومتری از مرکز پلوتو از ۶٫۱۷ میکروبار در دوره ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ به ۵٫۲۰ میکروبار پس از سال ۲۰۲۱ رسیده است؛ یعنی کاهش حدود ۱۶ درصدی با عدم‌قطعیتی حدود ۲ واحد درصد.

اما یک روش دیگر به نتیجه محتاطانه‌تری دست یافته است. پژوهشگران با بررسی بخش شفاف‌تر و بالاتر جو، کاهش فشار را حدود ۷ درصد برآورد کردند؛ البته با عدم‌قطعیتی معادل ۶ واحد درصد.

بنابراین، عدد ۱۶ درصد را نباید به عنوان اندازه‌گیری مستقیم فشار در دو تاریخ خاص در نظر گرفت. این عدد از مقایسه مجموعه داده‌های دوره ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ با داده‌های پس از آن به‌دست آمده و رصدهای دقیق‌تر سال ۲۰۲۲ نقش مهمی در این نتیجه داشته‌اند. داده مربوط به ژوئیه ۲۰۲۳ نیز به خاطر سیگنال ضعیف و تک‌مسیره بودن، عدم‌قطعیت زیادی دارد.

به همین خاطر، پژوهشگران باور دارند که شواهد نشان می‌دهند فشار جو احتمالاً شروع به کاهش کرده است، اما هنوز برای تعیین دقیق روند آینده آن داده کافی در دست نیست.

چرا جو پلوتو با وجود دور شدن از خورشید، سال‌ها افزایش یافت؟

پلوتو در سال ۱۹۸۹ به نزدیک‌ترین فاصله خود از خورشید رسید و از آن زمان در حال دور شدن از آن (خورشید) است. بنابراین انتظار می‌رفت که جو‌اش نیز به سرعت شروع به کاهش کند، اما چنین اتفاقی رخ نداد.

رصدها نشان می‌دهند که فشار جوی پلوتو از سال ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۲ تقریباً دو برابر شده است. پس از وقفه‌ای کوتاه در سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷، فشار دوباره افزایش یافت و این روند تا حدود سال ۲۰۱۵ ادامه پیدا کرد. پس از آن نیز فشار جو تا سال ۲۰۲۱ تقریباً ثابت ماند.

دلیل این رفتار به شرایط خاص پلوتو برمی‌گردد. این جرم دارای محور چرخشی بسیار مایل، مداری کشیده و لایه‌های زیرسطحی است که می‌توانند گرما را برای مدت طولانی ذخیره کنند. بنابراین، تغییرات جو تنها به فاصله پلوتو از خورشید وابسته نیست؛ بلکه موقعیت تابش نور خورشید، میزان یخ‌های سطحی و گرما ذخیره شده در زیر سطح نیز در این امر مؤثرند.

سطح و جو پلوتو یک چرخه نیتروژنی را تشکیل می‌دهند

جو پلوتو عمدتاً متشکل از نیتروژن است و مقادیر کمتری متان و مونوکسید کربن نیز در آن وجود دارد. در سطح این جرم نیز ذخایر عظیم یخ نیتروژن وجود دارد که بخش مهمی از آن در منطقه‌ای به نام «دشت اسپوتنیک» واقع شده است.

این یخ‌ها ثابت و بدون تغییر نیستند. نیتروژن موجود در سطح می‌تواند با افزایش دما به طور مستقیم از حالت جامد به گاز تبدیل شود و وارد جو گردد. به‌عکس، با افت دما، همین گاز می‌تواند دوباره متراکم شده و به صورت یخ روی سطح قرار گیرد.

به همین دلیل است که جو و سطح پلوتو باید بخشی از یک چرخه واحد در نظر گرفته شوند. اگر دما کاهش یابد، بخشی از نیتروژن موجود در جو می‌تواند به سطح برگردد و در نتیجه، فشار جو کاهش یابد.

فضاپیمای نیوهورایزنز نیز در حین عبور از کنار پلوتو، لایه‌های مختلف مه را اطراف این جرم مشاهده کرد. مطالعه جدید نشان می‌دهد که ساختار کلی بخش بالایی جو طی سال‌های ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۳ تغییر قابل توجهی نداشته، اما بخش‌های پایین‌تر دستخوش تحولاتی شده‌اند. این تغییرات می‌تواند ناشی از تغییرات دما، میزان مه و یا ترکیبی از هر دو عامل باشد.

«فروپاشی جو» به معنای ناپدید شدن پلوتو نیست

گاهی اوقات در توصیف چنین رویه‌ای از اصطلاح «فروپاشی جو» استفاده می‌شود، اما این عبارت ممکن است گمراه‌کننده باشد.

در واقع، اگر فشار جو کاهش یابد، این مسأله الزاماً به مفهوم خروج نیتروژن از پلوتو نیست. بخشی از این گاز ممکن است تنها حالت خود را تغییر داده و به یخ تبدیل شده باشد.

مدل‌های علمی درباره سرنوشت جو پلوتو به یکدیگر متفق نیستند. برخی مدل‌های قدیمی‌تر فرضیات خود را بر این اساس بنا کرده‌اند که در دوره‌های سردتر مدار پلوتو، بخش اعظم جو ممکن است منجمد شود. با این حال، مدل‌های جدیدتر گفته‌اند که به دلیل وجود ذخایر وسیع نیتروژن در دشت اسپوتنیک و قابلیت ذخیره گرما در لایه‌های زیرسطحی، احتمال دارد حتی در سردترین شرایط نیز جوی بسیار رقیق در اطراف پلوتو حفظ شود.

از این رو، هنوز مشخص نیست که آیا در آینده با جوی نازک‌تر، جوی موقتاً محدود به برخی نواحی یا در معرض یک فروپاشی شدید و تقریباً کامل مواجه خواهیم شد.

آیا جو پلوتو میلیون‌ها سال است که وجود دارد؟

دانشمندان نمی‌توانند با مشاهده مستقیم اثبات کنند که جو پلوتو میلیون‌ها سال بدون توقف وجود داشته است. نخستین شواهد مستقیم از این جو تنها در سال ۱۹۸۸ به‌دست آمد.

با این حال، بررسی ذخایر نیتروژن سطحی، شواهد زمین‌شناختی، فرار میزان گازها از جو و مدل‌های اقلیمی مؤید این است که پلوتو به احتمال قوی در طول میلیون‌ها سال بارها بین دوره‌های جوی مختلف تغییر کرده است.

در این سناریو، ممکن است جو برای مدت طولانی منقبض شود، نیتروژن سطحی به شکل یخ جمع‌آوری شود و در دوره‌ای گرم‌تر دوباره بخشی از این یخ تصعید شده و جو را تقویت کند.

برخی از مدل‌ها چرخه نیتروژن پلوتو را در بازه‌ای حدود ۳۰ میلیون سال بررسی کرده‌اند و ثابت کرده‌اند که تغییرات در مدار و محور چرخش این جرم می‌توانند در جابه‌جایی نیتروژن بین سطح و جو تأثیر گذار باشند.

بنابراین، وقتی از ماندگاری جو در مقیاس میلیون‌ها سال صحبت می‌شود، منظور این نیست که فشار و ترکیب جو همیشه مشابه امروز بوده، بلکه چرخه‌ای که امکان شکل‌گیری و بازسازی جو را فراهم می‌کند، احتمالاً برای مدت زیادی فعال بوده است.

سال ۲۱۱۴ پایان جو پلوتو نیست

پلوتو در طول مدار خود بین حدود ۳۰ تا ۴۹٫۳ واحد نجومی از خورشید فاصله می‌گیرد و پیش‌بینی می‌شود که در حدود سال ۲۱۱۴ به دورترین نقطه مدار خود از خورشید برسد.

اما این تاریخ به معنی «انقضای» جو پلوتو نیست. وضعیت جو متاثر از عوامل متعددی از جمله توزیع یخ نیتروژن، گرمای زیرسطحی و چرخه فصلی است و ممکن است بیشینه یا کمینه فشار، با فاصله زمانی نزدیک‌ترین یا دورترین فاصله از خورشید هم‌زمان نباشد.

پلوتو همین نکته را پیش‌تر نیز نشان داده است؛ این جرم پس از نزدیک‌ترین فاصله خود از خورشید در سال ۱۹۸۹، برای چند دهه شاهد افزایش فشار جو بود.

از زمان کشف پلوتو در سال ۱۹۳۰، این جرم هنوز یک دور کامل به دور خورشید نچرخیده است. لذا، دانشمندان تنها بخش کوچکی از چرخه بسیار طولانی اقلیمی آن را مشاهده کرده‌اند.

برخی مدل‌ها روند کاهش فشار را از حدود سال ۲۰۲۵ پیش‌بینی می‌کنند، در حالی که دیگر مدل‌ها بر این عقیده‌اند که این کاهش ممکن است تا پایان دهه ۲۰۲۰ به وضوح قابل تشخیص نباشد. میزان کاهش نهایی فشار نیز در مدل‌های مختلف متفاوت است.

شواهد جدید مهم‌اند، اما هنوز نتیجه قطعی نیست

داده‌های جدید، قوی‌ترین نشانه‌ تاکنون از این موضوع هستند که دوره طولانی ثبات فشار جوی پلوتو ممکن است به پایان رسیده باشد. با این حال، محدودیت‌هایی نیز در این داده‌ها وجود دارد.

نسبت سیگنال به نویز در ۱۰ رویداد بررسی‌شده بین ۲ تا ۱۵۸ متغیر بوده است. همچنین، رصدهای تک‌مسیره ممکن است اندازه واقعی جو را از مسیر عبور نور ستاره به درستی نشان ندهند. شیوه مدل‌سازی مه جوی نیز بر نتیجه نهایی اثرگذار است.

به این ترتیب، پژوهشگران با احتیاط می‌گویند فشار جو پلوتو احتمالاً در حال کاهش است، نه اینکه به طور قطعی اعلام کنند جو این جرم به سمت نابودی پیش می‌رود.

نتیجه کاهش ۱۶ درصدی در مدل شامل مه، به‌عنوان مهم‌ترین نشانه از آغاز این روند در نظر گرفته می‌شود؛ اما نتیجه ۷±۶ درصدی در مدل بخش بالایی جو، عدم‌قطعیت داده‌های سال ۲۰۲۳ و ثابت ماندن ساختار بخش بالایی جو، نشان می‌دهد که برای رسیدن به نتیجه قطعی نیاز به رصدهای بیشتری وجود دارد.

اختفاهای ستاره‌ای آتی می‌توانند در این زمینه اهمیت بسزایی داشته باشند. هر رویداد تنها چند دقیقه طول می‌کشد و ممکن است از مسیر محدودی روی زمین قابل مشاهده باشد، اما جمع‌آوری این داده‌ها می‌تواند به اخترشناسان این امکان را بدهد که تغییرات جوّی پلوتو را در سال‌های آینده پیگیری کنند.

در نهایت، آنچه که به احتمال زیاد در پلوتو در حال وقوع است، ناپدید شدن ساده جو نیست؛ بلکه انتقال بخشی از نیتروژن میان آسمان و سطح این جرم مشاهده می‌شود. اگر دما هوا کاهش یابد، این گاز قادر است به یخ تبدیل شده و بر سطح نشیند و اگر شرایط در آینده دوباره گرم‌تر شود، بخشی از همین یخ می‌تواند به حالت گازی درآمده و مجدداً وارد جو شود.

منبع: spacedaily

۳۲۳