Vlek op Charon is 30 cm dik

Zonnestelsel

De pas ontdekte rode vlek op Plutomaan Charon was een raadsel. De uiterst trage vorming is nu ontrafeld.

Foto NASA/JHUAL/SRI

De roodbruine noordelijke poolkap van Charon, de grootste maan van de dwergplaneet Pluto, is waarschijnlijk uiterst traag ontstaan door het invangen van methaangas. Dat concluderen deze week astronomen in Nature, op basis van gegevens van de ruimtesonde New Horizons die vorig jaar na een reis van tien jaar langs Pluto en Charon schoot.

De verkleuring van Charons poolkap wordt toegeschreven aan zogeheten tholines. Dit zijn complexe organische verbindingen die ontstaan wanneer eenvoudige moleculen zoals stikstof en methaan onder invloed van ultraviolette zonnestraling worden afgebroken. In oppervlakte-ijs van koude hemellichamen als Charon kunnen ‘brokstukken’ van deze moleculen zich tot tholines verbinden.

Op Charon zelf is echter vrijwel geen methaan of stikstof te vinden. Wetenschappers gingen ervan uit dat deze gassen worden aangeleverd door Pluto, maar onderbouwd was deze hypothese tot nu toe niet. Wel was uit gegevens van New Horizons al gebleken dat er per seconde ongeveer anderhalve kilo methaan en vijf gram stikstof uit de atmosfeer van Pluto ontsnapt.

De nieuwe berekeningen laten zien dat Charon, die nog geen 20.000 kilometer van Pluto verwijderd is, daarvan genoeg kan oppikken om de vorming van tholines te verklaren. Dat is wel een traag proces: alleen tijdens de lange winters op Charon daalt de temperatuur op de polen ver genoeg (d.w.z. tot onder de –250 °C) om methaan als ijs te laten neerslaan. De poolnachten op Charon duren meer dan een eeuw en de laatste noordelijke poolnacht eindigde in 1989.

Zodra de winter voorbij is en de temperaturen gaan stijgen begint het aanwezige methaanijs te sublimeren. De vorming van tholines, of van tussenproducten die uiteindelijk in tholines veranderen, moet dus nog tijdens de poolnacht plaatsvinden. Ook dan weten ultraviolette fotonen van de zon de pool te bereiken. Dat gebeurt via een omweg: door verstrooiing van zonnestraling aan stofdeeltjes in de ruimte tussen de planeten.

Om grote hoeveelheden gaat het niet: als de schattingen van de onderzoekers een beetje kloppen, wordt per winter een slechts 40 nanometer (40 miljardste van een meter) dik laagje van tholines en verwante verbindingen geproduceerd.

Volgens de wetenschappers kan zich op deze manier in de loop van een miljard jaar een 30 centimeter dikke laag donker organisch materiaal hebben gevormd.

Omdat laboratoriumexperimenten hebben laten zien dat tholines onder invloed van ultraviolette straling mettertijd in veel zwartere substanties veranderen, rijst dan de vraag waarom Charon geen zwarte ‘muts’ heeft in plaats van een roodbruine. Vermoed wordt dat de tholines zich hebben vermengd met neerdwarrelende ijskristallen en stofdeeltjes, afkomstig van inslagen op Charon zelf of van inslagen die zich op de kleinere Pluto-maantjes hebben voltrokken. Bij het Nature-onderzoek is ook gekeken naar de zuidpool van Charon. Weliswaar is het daar nu winter, maar een deel van het poolgebied wordt een beetje aangelicht door het schijnsel van Pluto – net genoeg om op opnamen van New Horizons te kunnen zien dat ook deze pool donkerder is dan zijn omgeving.