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PRIMAVERA EM PLUTÃO: UMA ANÁLISE AO LONGO DE 30 ANOS
17 de maio de 2019

 


Vista global, colorida, de Plutão, obtida a 450.000 km de distância.
Crédito: NASA/JHUAPL-SwRI

 

Sempre que passa em frente de uma estrela, Plutão fornece informações preciosas sobre a sua atmosfera, preciosas porque as ocultações de Plutão são raras. A investigação realizada por investigadores do Observatório de Paris, ao longo de várias décadas, foi publicada dia 10 de maio de 2019 na revista Astronomy & Astrophysics. Interpretada à luz dos dados recolhidos em 2015 pela sonda New Horizons, permite refinar os parâmetros físicos essenciais para uma melhor compreensão do clima de Plutão e para prever futuras ocultações do planeta anão.

Tal como a Terra, a atmosfera de Plutão é essencialmente composta por azoto, mas a comparação para aí.

Situado para lá de Neptuno, Plutão leva 248 anos a completar uma órbita em torno do Sol. Durante o ano plutoniano, a sua distância ao Sol varia muito, de 30 a 50 UA, levando a ciclos sazonais extremos.

Com temperaturas superficiais extremamente baixas, inferiores a -230º C, há um equilíbrio sólido-gasoso, onde uma ténue atmosfera de essencialmente azoto coexiste com depósitos de gelo à superfície. Atualmente, estima-se que o vapor de azoto esteja estabilizado a uma pressão de mais ou menos 1,3 pascal (ao passo que na Terra a pressão é de cerca de 100.000 Pa).

Dada a obliquidade (o ângulo formado entre o eixo polar e o plano orbital) do planeta anão, 120 graus, os polos de Plutão enfrentam sucessivamente um dia permanente durante várias décadas, e depois uma noite permanente. Isto leva a um ciclo complexo de redistribuição dos seus materiais voláteis como azoto, metano e monóxido de carbono. Assim sendo, Plutão teve o seu equinócio em 1988, antes de passar pelo periélio (a 30 UA) em 1989. Desde então, o planeta anão afastou-se continuamente do Sol até alcançar 32 UA em 2016, o que representa uma perda de 25% da sua insolação média.

Ingenuamente, era esperada uma queda acentuada na pressão atmosférica. De facto, o equilíbrio gasoso-sólido do azoto impõe que para cada grau Kelvin perdido à superfície, a pressão diminua por um fator de dois.

Mas ocorre o exato oposto. A prova é fornecida pelo artigo publicado na Astronomy & Astrophysics de dia 10 de maio, que analisa uma dúzia de ocultações estelares observadas ao longo de quase 30 anos, durante a primavera no hemisfério norte de Plutão: a pressão atmosférica aumentou por um fator de três entre 1988 e 2016.

Este cenário paradoxal já era considerado pelos modelos climáticos globais de Plutão desde a década de 1990, mas sem certeza, apenas como um cenário entre muitos outros. Vários parâmetros importantes do modelo permaneciam por restringir pelas observações.

Estas observações das ocultações estelares a partir da Terra, juntamente com dados recolhidos durante a passagem da New Horizons da NASA por Plutão em julho de 2015, permitem agora descrever um cenário muito mais preciso.

A New Horizons mapeou a distribuição e a topografia do gelo à superfície do planeta anão, revelando uma vasta depressão com mais de 1000 km de diâmetro e 4 km de profundidade, localizada perto do equador entre as latitudes 25º S e 50º N, de nome Sputnik Planitia. Esta depressão retém uma parte do azoto disponível na atmosfera, formando um glaciar gigantesco que é o verdadeiro "coração" do clima do planeta anão, pois regula a circulação atmosférica por meio da sublimação do azoto.

Em adição, as ocultações estelares permitem restringir a inércia térmica do subsolo no modelo, explicando a mudança de fase de trinta anos entre a transição para o periélio (1989) e o aumento da pressão ainda observado hoje em dia. O subsolo armazenou o calor e está a restaurá-lo gradualmente. As ocultações também restringem a fração de energia solar devolvida ao espaço (albedo de Bond) do azoto gelado e a sua emissividade.

Finalmente, estas observações eliminam a possibilidade da presença de um reservatório de azoto no hemisfério sul (atualmente em noite permanente), que produziria um máximo de pressão muito mais cedo do que o observado (curva magenta na figura).

Este estudo é uma boa ilustração da complementaridade entre as observações terrestres e espaciais. Sem a passagem da New Horizons, a distribuição do gelo e a topografia permaneceriam desconhecidas, e sem a monitorização a longo prazo da atmosfera, os modelos climáticos de Plutão não poderiam ser restringidos.

Previsão de ocultações futuras

Finalmente, as ocultações também fornecem 19 posições de Plutão entre 1988 e 2016, com uma precisão inigualável de alguns milissegundos de arco no céu. Tal precisão, possível graças à segunda versão de dados da missão europeia Gaia, permite que os autores calculem efemérides de Plutão com a mesma precisão para a próxima década.

Assim, será possível observar outras ocultações por Plutão e monitorizar o seu clima... os modelos teóricos indicam que a atmosfera de Plutão está atualmente perto da sua expansão máxima. As observações futuras podem confirmar ou refutar esta previsão. Será que vamos em breve ver o começo desse lento declínio, que deverá reduzir por um fator de 20 a pressão atmosférica de Plutão no final, e cobrir a sua superfície com uma fina camada de "geada branca"?

 


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Pressão atmosférica à superfície de Plutão como função do tempo, entre 1988 e 2238.
Crédito: Meza et al.; Astronomy & Astrophysics


Um olhar mais de perto: apenas 15 minutos depois da sua maior aproximação de passado dia 14 de julho de 2015, a sonda New Horizons olhou para trás em direção ao Sol e capturou esta imagem do aproximar do pôr-do-Sol perto de montanhas e planícíes geladas que se estendem para lá do horizonte de Plutão. A área lisa da planície Sputnik Planum (direita) é flanqueada a oeste (esquerda) por montanhas com até 3500 metros de altura, incluindo o informalmente denominado Norgay Montes no pano da frente e Hillary Montes na linha do horizonte. Para a direita, a este de Sputnik, terreno mais rugoso é cortado por glaciares. A retroiluminação destaca mais de uma dúzia de camadas na ténue mas larga atmosfera de Plutão. A imagem foi obtida a uma distância de 18.000 km de Plutão; a cena mede 380 km de largura.
Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI


// Observatório de Paris (comunicado de imprensa)
// Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

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