Pluto’s ‘hart’ van stikstofijs laat er tegendraadse winden waaien

Astronomie Stikstofijs dat vervluchtigt en weer neerslaat veroorzaakt tegendraadse winden op Pluto.

Samengesteld beeld van Pluto. Ruimtesonde New Horizons maakte in 2015 een flyby langs de verre dwergplaneet.
Samengesteld beeld van Pluto. Ruimtesonde New Horizons maakte in 2015 een flyby langs de verre dwergplaneet. Foto NASA

Ondanks het stijfbevroren oppervlak en de uiterst ijle atmosfeer, is op Pluto het klimaat opmerkelijk actief. Dat blijkt uit nieuwe computersimulaties die onder leiding van planeetwetenschapper Tanguy Bertrand van NASA’s Ames Research Center zijn uitgevoerd. De klimaatsimulaties laten zien dat de atmosfeer van de verre dwergplaneet wordt gedomineerd door ‘retrograde’ winden – luchtstromingen die tegen de rotatierichting van Pluto in gaan. Een hartvormig gebied bezaaid met stikstofijs drijft die winden aan.

Toen de Amerikaanse ruimtesonde New Horizons in juli 2015 de eerste gedetailleerde beelden van Pluto naar de aarde zond, was dat hartvormig gebied even ten noorden van de evenaar het eerste dat opviel. Dit gebied, dat vernoemd is naar Clyde Tombaugh – de ontdekker van Pluto, bestaat uit twee nogal verschillende delen. Het westelijke deel, Sputnik Planitia, is een drie kilometer diep, duizend kilometer breed bekken dat grotendeels met stikstofijs is gevuld. Het oostelijke deel bestaat uit hooglanden die met een dunnere laag stikstofijs zijn bedekt.

Dwergplaneet

Ook de atmosfeer van Pluto bestaat voornamelijk uit stikstof, maar dan in gasvorm. Deze damp komt vrij op het warmst van de dag en slaat ’s nachts weer neer als ijs. Heel warm wordt het op deze dwergplaneet overigens niet: de temperaturen liggen er gemiddeld rond de 230 graden onder nul, en warmer dan –220 °C wordt het nooit.

Omdat bijna de complete stikstofvoorraad van de planeet ligt opgeslagen in Sputnik Planitia fungeert dit gebied als het kloppende hart van het klimaatsysteem van Pluto. De afwisseling van sublimatie – het rechtstreeks van ijs in gas overgaan – en bevriezing van stikstof is bepalend voor de luchtstromen in de atmosfeer van de dwergplaneet.

Het team van Bertrand heeft aan de hand van gegevens van New Horizons de topografie van Pluto en de verdeling van het ijs op diens oppervlak in kaart gebracht. Aan de hand daarvan is met behulp van een computermodel de stikstofcyclus in de atmosfeer van de dwergplaneet nagebootst.

Stikstofijs

De modelberekeningen laten zien dat er gedurende vrijwel het hele Pluto-jaar (bijna 250 aardse jaren) op hoogten boven de 4 kilometer een westwaartse wind waait – tegen de rotatierichting van de dwergplaneet in dus. De oorzaak ligt bij de sublimatie van stikstofijs in het noordelijke deel van het Tombaugh-gebied en de daaropvolgende ijsafzettingen in het zuiden. Dankzij het zogeheten corioliseffect, een gevolg van de draaiing van de dwergplaneet, buigt deze zuidwaartse wind af naar het westen. Hetzelfde effect is ook verantwoordelijk voor de passaatwinden rond de evenaar van onze eigen planeet.

In hun onderzoeksverslag, dat dinsdag in de Journal of Geophysical Research: Planets is verschenen, schrijven Bertrand en zijn collega’s dat de ‘tegendraadse’ atmosferische circulatie van Pluto mogelijk uniek is voor ons zonnestelsel. Alleen op de Neptunusmaan Triton, waar stikstof van pool naar pool wordt getransporteerd, kan iets vergelijkbaars gebeuren.

De heersende wind op Pluto zou ook kunnen verklaren waarom het oppervlak aan de westkant van Sputnik Planitia veel donkerder is. Dat is mogelijk het gevolg van opwarming onder invloed van de (relatief) warme lucht die wordt aangevoerd. Maar het is ook denkbaar dat de wind simpelweg tot erosie leidt en donkere stofdeeltjes vanuit het noordelijke deel van het Tombaugh-gebied ter plaatse deponeert.

Bekijk ook de fotoserie De weergaloze opkomst van de dwergplaneet Pluto