De onheilspellende waarschuwing – “de winter komt eraan”, populair gemaakt door de fantasieserie Game of Thrones – geldt evenzeer voor Pluto.
De ijle atmosfeer van de dwergplaneet lijkt op het punt te staan van een verbluffende ineenstorting als gevolg van een verandering van de seizoenen en naderende koudere omstandigheden, volgens onderzoek dat zal worden gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Ontdekt in 1930, begonnen astronomen pas rond 1980 te vermoeden dat Pluto een atmosfeer zou kunnen hebben. Die atmosfeer werd in 1985 voorzichtig ontdekt en in 1988 door onafhankelijke waarnemingen volledig bevestigd.
Lees meer: Ik heb het me altijd afgevraagd: Hoe weten we wat er in het hart van Pluto ligt?
Op dat moment konden astronomen niet weten welke dramatische veranderingen er op stapel stonden voor de dunne envelop van stikstof, methaan en koolwaterstoffen van de kleine wereld.
Een kosmisch toeval
Door een kosmisch toeval zagen de laatste decennia van de 20e eeuw en de eerste decennia van de 21e ook een gelukkige samenstand van de Aarde, Pluto en de dichte stellaire velden van het verre centrum van de Melkweg.
Dit toeval betekent dat Pluto relatief vaak tussen ons en een achtergrondster passeert. Wanneer dit gebeurt, valt zijn schaduw op de aarde, een gebeurtenis die astronomen een occultatie noemen.
Tijdens een occultatie kan elk observatorium dat toevallig binnen het pad van de schaduw ligt, zien hoe de ster lijkt te verdwijnen wanneer Pluto ervoor langs trekt, en vervolgens weer tevoorschijn komt wanneer de planetaire uitlijningen verschuiven. Voor een bepaalde plaats op het aardoppervlak duurt een Pluto occultatie hooguit een paar minuten.
De techniek van occultaties is op grote schaal gebruikt om de banen, ringen, manen, vormen en atmosferen van de werelden van het buitenste zonnestelsel te bestuderen, met inbegrip van asteroïden, kometen, planeten en dwergplaneten.
Door te vergelijken wat waarnemers op verschillende plaatsen op Aarde zien, kan de grootte en vorm van de occulterende wereld worden uitgewerkt. Als het object een atmosfeer heeft, dan kan gedurende een paar korte seconden, als het sterlicht uit- en dan weer aangaat, het sterlicht door absorptie en breking worden veranderd, terwijl het door de atmosfeer van de planeet gaat.
Sinds de eerste succesvolle occultatiemetingen in de jaren tachtig, heeft een opeenvolging van waarnemingen steeds nauwkeurigere metingen van Pluto’s straal vastgesteld, en ons begrip van de temperatuur en druk van zijn atmosfeer voortdurend aangescherpt.
Lange omloopbaan en seizoenen
Net als de aarde heeft Pluto een seizoenscyclus als gevolg van de helling van zijn polen ten opzichte van het vlak van zijn omloopbaan. In de loop van Pluto’s lange jaar – gelijk aan 248 Aardse jaren – staan eerst de noordpool en dan de zuidpool schuin ten opzichte van de verre Zon.
Maar in tegenstelling tot de aarde is de baan van Pluto uitgerekt tot een extreme elliptische vorm. Zijn baan is zo langgerekt dat zijn afstand tot de zon varieert van 4,4 tot 7,4 miljard kilometer (30 tot 50 keer zo ver als de afstand tussen de aarde en de zon).
De afstand van de aarde tot de zon varieert daarentegen slechts met 3,4% in een jaar. De atmosfeer van Pluto werd ontdekt vlak voordat Pluto zijn dichtste benadering van de Zon bereikte, wat in 1989 gebeurde.
Sinds 1989 heeft Pluto zich teruggetrokken van de Zon. De temperaturen zijn navenant gedaald.
Onder druk
Op het moment dat Pluto zich van de zon begon af te bewegen, verwachtten astronomen dat daardoor zijn atmosferische druk zou dalen, ongeveer zoals de druk in een autoband afneemt bij koud weer en toeneemt bij warmte. Integendeel, waarnemingen van 1988-2016 hebben een gestage toename van de atmosferische druk laten zien.
Onmiddellijk voor de aankomst van NASA’s New Horizons sonde in 2015 ontdekten occultatiemetingen dat de atmosferische druk op Pluto sinds 1988 verdrievoudigd is (het equivalent op aarde zou zijn om de druk op de top van Mt Everest te vergelijken met die op zeeniveau).
Wat is de oorzaak van de discrepantie? Elke gedachte dat de occultatie metingen fout waren, werd verbannen door het Radio Science Experiment (REX) aan boord van New Horizons, die directe metingen teruggaf die overeenkwamen met die van de aardse waarnemers.
Het nieuwe onderzoek heeft het mysterie opgelost met behulp van een seizoensgebonden model voor het transport van gas en ijs rond het oppervlak van de planeet.
Ondanks dat Pluto zich elk jaar verder van de zon verwijdert, wordt zijn noordpool tijdens dit deel van zijn baan voortdurend door de zon beschenen, waardoor zijn stikstof-ijskap terugkeert naar de gasfase.
Dit verklaart de snelle toename van de atmosferische druk in de afgelopen drie decennia.
Maar de klimaatmodellering toont aan dat deze trend zich niet zal voortzetten.
De winter komt er echt aan
Pluto zal zich tot het jaar 2113 verder van de zon verwijderen, en het zwakke zonlicht zal niet voldoende zijn om de zuidelijke poolgebieden op dezelfde manier op te warmen.
Tijdens de lange noordelijke herfst en winter wordt verwacht dat Pluto’s atmosfeer zal instorten, en op het oppervlak zal uitdruipen als ijs op de voorruit van een auto op een heldere en koude winternacht.
Lees meer: Planeet of dwergplaneet: alle werelden zijn de moeite van het onderzoeken waard
Op zijn laagst wordt voorspeld dat de atmosfeer minder dan 5% van zijn huidige druk zal hebben. De combinatie van Pluto’s dichte nadering van de zon en de lente van het noordelijk halfrond zal zich niet herhalen tot het jaar 2237.
Tot die tijd zal het van cruciaal belang zijn om ons begrip van planetaire atmosfeermodellen onder extreem lage temperatuur en lage drukomstandigheden te testen door voortdurende occultatiemetingen.
Maar deze mogelijkheden zullen minder frequent worden naarmate Pluto’s baan zijn schijnbare positie verder weg brengt van de dichte sterrenvelden van het galactische centrum die ons hielpen de waarnemingen te doen.