Ogni volta che passa davanti a una stella, Plutone fornisce preziose informazioni sulla sua atmosfera, prezioso perché le occultazioni di Plutone sono rare. Il sondaggio realizzato dai ricercatori dell'Osservatorio di Parigi in diversi decenni di osservazioni appare sulla rivista Astronomia e Astrofisica del 10 maggio, 2019. Interpretato alla luce dei dati raccolti nel 2015 dalla sonda New Horizons, consente loro di affinare i parametri fisici essenziali per una migliore comprensione del clima di Plutone e per prevedere future occultazioni stellari da parte del pianeta nano.

Come la Terra, L'atmosfera di Plutone è essenzialmente composta da azoto, ma il confronto si ferma qui.

Oltre Nettuno, Plutone impiega 248 anni per compiere una rivoluzione completa intorno al sole. Durante un anno plutoniano, la sua distanza dal sole varia molto da 30 a 50 au, portando a cicli stagionali estremi.

Con temperature superficiali estremamente basse, meno di -230 ° C (40 ° K), c'è un equilibrio solido-gas, dove una tenue atmosfera di essenzialmente azoto coesiste con depositi di ghiaccio superficiale. Oggi, si stima che il vapore di azoto sia stabilizzato ad una pressione di circa 1,3 pascal (mentre la pressione è di circa 100 000 Pa sul nostro pianeta).

A causa della sua obliquità (l'angolo formato tra l'asse polare e il piano orbitale) a 120 gradi, I poli di Plutone affrontano successivamente un giorno permanente per diversi decenni, poi una notte permanente. Questo porta a un complesso ciclo di ridistribuzione delle sue specie volatili come l'azoto, metano e monossido di carbonio. Così Plutone ha avuto il suo equinozio nel 1988, prima di trasferirsi al perielio (a 30 au) nel 1989. Da allora, il pianeta nano si è continuamente allontanato dal sole per raggiungere i 32 ua nel 2016, che rappresenta una perdita del 25 percento della sua insolazione media.

ingenuamente, ci si potrebbe aspettare un forte calo della pressione atmosferica. Infatti, l'equilibrio gas-ghiaccio dell'azoto impone che per ogni grado Kelvin perso in superficie, la pressione dovrebbe diminuire di un fattore due.

Ma accade l'esatto contrario. La prova è fornita dall'articolo apparso su A&A del 10 maggio, 2019, e che analizza una dozzina di occultazioni stellari osservate in quasi 30 anni, durante la primavera nell'emisfero nord di Plutone:la pressione atmosferica aumenta di un fattore tre tra il 1988 e il 2016.

Questo scenario paradossale era già considerato dai modelli climatici globali di Plutone (GCM) fin dagli anni '90, ma senza certezza, come uno scenario tra tanti altri. Diversi parametri importanti del modello restavano da vincolare dalle osservazioni.

Queste osservazioni di occultazioni stellari dalla Terra, insieme ai dati raccolti durante il flyby di Plutone della NASA New Horizons nel luglio 2015, ora consentono di scrivere uno scenario molto più accurato.

New Horizons ha mappato la distribuzione e la topografia del ghiaccio sulla superficie del pianeta nano, rivelando una vasta depressione di oltre 1000 km di diametro e 4 km di profondità, situato vicino all'equatore tra le latitudini 25 ° S e 50 ° N, e chiamato Sputnik Planitia. Questa depressione blocca una parte dell'azoto disponibile nell'atmosfera, formando un gigantesco ghiacciaio che è il vero "cuore" del clima del pianeta nano, poiché regola la circolazione atmosferica tramite la sublimazione dell'azoto.

Inoltre, occultazioni stellari permettono di vincolare l'inerzia termica del sottosuolo del modello, spiegando lo sfasamento trentennale tra la transizione al perielio (1989) e la crescita della pressione osservata ancora oggi (Fig. 1). Il sottosuolo ha immagazzinato il calore e lo sta ripristinando gradualmente. Le occultazioni vincolano anche la frazione di energia solare restituita allo spazio (bond albedo) del ghiaccio di azoto e la sua emissività.

Finalmente, queste osservazioni eliminano la possibilità per la presenza di un serbatoio di azoto nell'emisfero australe (attualmente in una notte permanente), che produrrebbe un massimo di pressione molto prima di quanto osservato (curva magenta di Fig. 1).

Questo studio è una bella illustrazione della complementarità tra osservazioni terrestri e spaziali. Senza il flyby di New Horizons, la distribuzione del ghiaccio e la topografia rimarrebbero sconosciute, e senza un monitoraggio a lungo termine dell'atmosfera, I modelli climatici di Plutone non potevano essere vincolati.

Previsione di future occultazioni

Finalmente, le occultazioni forniscono anche 19 posizioni di Plutone tra il 1988 e il 2016, con una precisione ineguagliabile di pochi milliarcsec (mas) nel cielo. Una tale precisione, possibile grazie alla Data Release 2 della missione europea Gaia, permette agli autori di calcolare un'effemeridi di Plutone con questa precisione equivalente per il prossimo decennio.

Così, sarà possibile osservare altre occultazioni di Plutone e monitorarne il clima... I modelli teorici indicano che l'atmosfera di Plutone è attualmente prossima alla sua massima espansione. Osservazioni future potrebbero confermare o smentire questa previsione. Vedremo presto l'inizio di questo lento declino, che dovrebbe ridurre di un fattore venti la pressione atmosferica di Plutone alla fine, e ricoprire la sua superficie con un sottile strato di lucido "gelo bianco?"