Klimatické zóny na Plutu

Klimatické zóny na trpasličí planetě Pluto představují neobvyklý soubor klimatických zón díky atypické poloze osy pro planety [1] . Bylo identifikováno pět klimatických zón: tropy, arktická zóna, tropická arktická zóna, denní oblast a polární oblast [1] . Klimatické zóny se rozlišují na základě astronomických metod určování hranic nebo na základě určování subsolárních šířek, které nesouvisí s atmosférickou cirkulací na trpasličích planetách. Charon , největší měsíc Pluta, je ve stavu slapové zámky s Plutem, takže soubory klimatických pásem pro dvě nebeská tělesa se shodují [1] .

Pluto je ledové těleso a nejpozoruhodnější objekt v Kuiperově pásu . Povrch se skládá hlavně z metanu (CH 4 ), dusíku (N 2 ) a oxidu uhelnatého (CO). Těkavé ledy jsou přítomny v různých koncentracích a distribucích [2] [3] [4] [5] [6] . Přestože je Pluto ve srovnání s běžnými planetami malé, má atmosféru. Atmosféra Pluta je ve srovnání se Zemí velmi tenká. Skládá se z několika vrstev zákalu a obsahuje velké množství dusíku (N 2 ), stopová množství metanu (CH 4 ) a oxidu uhelnatého (CO) [7] [8] . Dlouhodobé klimatické cykly planet (například Země) jsou spojeny se sklonem osy rotace planety a její proměnlivostí [9] , s cyklickou proměnlivostí excentricity a precese [10] . V případě Pluta však na cyklu variability excentricity a orbitální precese záleží méně než na variabilitě sklonu. Klimatické zóny na povrchu Pluta byly tedy určeny pouze na základě variace sklonu osy rotace Pluta [1] .

Charakteristiky a hranice

Pět klimatických pásem na povrchu Pluta je určeno na základě zjištění subsolárních zeměpisných šířek, tedy zeměpisných šířek, kde lze někdy Slunce pozorovat v jeho zenitu [1] . Hranice klimatických pásem lze definovat, ale jejich hranice se mohou rozšiřovat a smršťovat v souladu s proměnlivostí sklonu Pluta od minimální hodnoty 103° do maximální hodnoty 127° s periodou 2,8 milionů let [11] [12 ] . To znamená, že pro některé zóny jsou hranice konstantní a pro některé se hranice mění v důsledku proměnlivosti sklonu osy rotace v měřítku milionů let. Trvalé hranice se týkají zeměpisných zón, které mají konstantní charakteristiky po celou dobu, bez ohledu na úhel sklonu.

Tropy

Tropy na Plutu jsou definovány jako rozsah zeměpisných šířek, ve kterých může Slunce dosáhnout zenitu alespoň jednou během oběžné doby Pluta . Tropy se aktuálně rozprostírají od 60° severní šířky do 60° jižní šířky, protože aktuální sklon je 120° [1] . Když se však sklon orbity stane 103°, tropy se rozprostírají od 77° severní šířky do 77° jižní šířky. Během tohoto období pokrývá tropický pás většinu povrchu planetky, což je asi 97 % celkového povrchu [1] . Naproti tomu, když náklon dosáhne maxima 127°, tropický pás se zmenší na minimum od 53° severní šířky do 53° jižní šířky. V tomto případě pokrývají tropy pouze 80 % povrchu planety. Proto je většina planety vždy v tropickém pásmu. V této oblasti se albedo mění nejvíce [7] [13] .

Arktický pás

Arktický pás Pluta je definován jako rozsah zeměpisných šířek, ve kterých Slunce během letní sezóny neklesá pod obzor a v zimním období nevychází nad obzor. Stálé arktické zóny se rozprostírají od 90° severní šířky do 37° severní šířky na severní polokouli a od 90° jižní šířky do 37° jižní šířky na jižní polokouli. Obecně platí, že obě arktické oblasti pokrývají asi 40 % povrchu trpasličí planety [1] . Trvalé arktické oblasti odpovídají rozložení N 2 na povrchu [14] . Dlouhé období nepřerušované zimy, typicky trvající přes jedno století, odpovídá trvalé arktické oblasti v každé oběžné době Pluta během celého 2,8milionového cyklu variability sklonu [1] .

Vzhledem k proměnlivosti sklonu rotační osy Pluta se arktické zóny také rozšiřují a smršťují s obdobím proměnlivosti sklonu. Při současném sklonu osy rotace se arktické zóny rozprostírají od 30° severní šířky do 90° severní šířky na severní polokouli a od 30° jižní šířky do 90° jižní šířky na jižní polokouli. Tyto arktické zóny pokrývají asi 50 procent celkového povrchu Pluta. Maximální rozsah zeměpisné šířky pro arktické zóny je od 13° severní šířky a od 13° jižní šířky směrem k pólům s nakloněním osy 103°. V takových okamžicích zabírají arktické pásy asi 78 % celkové plochy povrchu [11] [15] [16] .

Denní oblast

Denní klimatická oblast Pluta je definována jako rozsah zeměpisných šířek, ve kterých se den a noc mění každý den po celý rok. Vysoký průměrný sklon a dlouhá perioda oscilace osy způsobuje oscilaci úzkého pásma zeměpisných šířek. Denní zóna je nejužší při sklonu (minimum) 103°, což bylo asi před ~0,8 miliony let. Toto je pásmo od 13°N do 13°S, rozprostírající se ve stejné vzdálenosti od rovníku, nazývané konstantní denní zóna. Zabírá 22 procent celkového povrchu planetky. V každé periodě rotace Pluta kolem své osy, která se rovná 6,4 pozemským dnům, je v bodech této oblasti pozorován východ a západ Slunce [1] .

V současné době se denní oblast rozprostírá od 30° severní šířky do 30° jižní šířky a zaujímá asi 50 % celkové plochy povrchu planety při současném úhlu sklonu osy rotace 120°. Jak se mění sklon, s jeho nárůstem se denní oblast rozšiřuje na maximum, přičemž se pohybuje od 37°N do 37°S (pokrývá asi 60% plochy povrchu), bude to situace v ~0,6 Ma. Morfologie této oblasti se vyznačuje téměř stejnou šířkou tmavých rovníkových pásů a v této klimatické zóně je pozorován nejsilnější albedový kontrast [7] [17] .

Tropická Arktida

Tropická arktická zóna odpovídá oblasti, ve které se tropická zóna a arktická zóna překrývají. Jedinečná klimatická oblast je možná pouze při úhlech sklonu osy otáčení od 45° do 135°. Vzhledem k tomu, že sklon rotační osy Pluta se mění od 103° do 127°, taková oblast na Plutu vždy existuje. Zároveň se v něm nachází většina povrchu Pluta [1] . Oblast sahá od 13° severní šířky do 77° severní šířky a od 13° jižní šířky do 77° jižní šířky. V takovém rozsahu zeměpisné šířky tato oblast pokrývá 75 % celkového povrchu planety. Vzhledem k tomu, že se rozsah tropických a arktických zón mění v období kolísání úhlu sklonu osy rotace, rozšiřuje se a smršťuje i zóna tropické arktické oblasti. Pouze rozsah od 37° do 57° v každé hemisféře zůstává stabilní po celou dobu změny sklonu. Toto pásmo se nazývá trvalé tropické arktické zóny (přibližně 20 % plochy povrchu) [1] .

Maximální rozsah tropických arktických zón odpovídá rozsahu od 13° do 77° zeměpisné šířky na obou polokoulích (pokrývá 75 % celkového povrchu). Při současném náklonu 120° sahá tropická arktická zóna od 30° severní šířky do 30° jižní šířky a pokrývá 50 % plochy Pluta. V této oblasti se během cyklu dosahuje největších výkyvů [18] .

Polární oblasti

Polární oblasti na Plutu jsou oblasti, kde Slunce nedosahuje zenitu, tedy bodu přímo nad hlavou, v žádném bodě oběžné doby Pluta a cyklu sklonu. Polární oblasti mají poloměr 13° vzhledem ke každému pólu [1] . V této oblasti je klima vždy arktické a nikdy se nestane tropickým. Celkem polární zóny zabírají asi 3 procenta celého povrchu. V oblasti od 77° do 90° se nachází pásmo trvalého polárního klimatu. Zde zima a léto trvají nejdéle [1] . Maximální rozsah polárních oblastí může dosahovat od 53° severní šířky do 90° severní šířky a od 53° jižní šířky do 90° jižní šířky s plochou asi 20 % z celkového povrchu Pluta. V současnosti se polární oblast rozprostírá od 60° do 90° na obou polokoulích (13 % povrchu planetky). Největší měsíc Pluta, Charon, má také polární zónu, sestávající z polární čepičky [7] [19] .

Korelace s vlastnostmi povrchu

Denní oblast mezi 13° severní šířky a 13° jižní šířky nikdy nezažívá období nepřetržitého léta nebo zimy. Rovníkové oblasti Pluta se skládají z tmavých pásů s jasně rozlišitelnými hranicemi. Tato oblast se shoduje s konstantní denní zónou na Plutu. Oblast s vysokým albedem v denní zóně zůstává dostatečně teplá, aby se nestala oblastí pasti pro těkavé sloučeniny. Absence tmavých intervalů arktické zimy také vylučuje možnost usazování těkavých sloučenin [16] [17] . Na druhou stranu oblasti s nízkým albedem v denní zóně zvýrazňují akumulovanou energii ze Slunce během rotace planetky ve tmě [16] [17] . Teplotní cyklus v blízkosti rovníku (v denní zóně) vede k tomu, že v tmavých a světlých oblastech je albedo výrazně odlišné [17] .

Korelace mezi distribucí metanu a dusíku na povrchu a klimatickými zónami nebyla dosud objasněna [1] . CH 4 je široce distribuován mimo oblast Tombo a oblast Cthulhu, možná v zeměpisných šířkách severní hranice oblasti Cthulhu [14] . Na druhé straně se dusík N 2 koncentruje v zeměpisných šířkách nad 30° severní šířky, což se shoduje s trvalým arktickým klimatickým pásmem [14] . Některé oblasti na povrchu Pluta jsou vystaveny jak tropickému, tak arktickému klimatu, v souladu s cyklickým sklonem osy rotace planetky. Většina povrchu planety se nachází v tropicko-arktické oblasti.

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Binzel, Richard P.; Earle, Alissa M.; Buie, Marc W.; Young, Leslie A.; Stern, S. Alan; Olkin, Cathy B.; Ennico, Kimberly; Moore, Jeffrey M.; Grundy, Will; Weaver, Harold A.; Lisse, Carey M. Klimatické zóny na Plutu a Charonu  (anglicky)  // Icarus  : journal. - Elsevier , 2017. - 1. května ( vol. 287 ). - str. 30-36 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/j.icarus.2016.07.023 .
  2. ↑ Science, American Association for the Advancement of. Pluto: Evidence for Methane Frost  (anglicky)  // Science : journal. - 1976. - 19. listopadu ( roč. 194 , č. 4267 ). - S. 835-837 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.194.4267.835-a . — PMID 17744185 .
  3. ↑ Owen, Tobias C.; Roush, Ted L.; Cruikshank, Dale P.; Elliot, James L.; Young, Leslie A.; Bergh, Catherine de; Schmitt, Bernard; Geballe, Thomas R.; Brown, Robert H.; Bartoloměje, Mary Jane. Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto  (anglicky)  // Science : journal. - 1993. - 6. srpna ( roč. 261 , č. 5122 ). - str. 745-748 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.261.5122.745 . — PMID 17757212 .
  4. ↑ Merlin, F. New constraints on the surface of Pluto  // Astronomy and Astrophysics  : journal  . - 2015. - 1. října ( sv. 582 ). — S. A39 . — ISSN 0004-6361 . - doi : 10.1051/0004-6361/201526721 .
  5. ↑ Schmitt, B.; Philippe, S.; Grundy, W.M.; Reuter, DC; Côte, R.; Quirico, E.; Protopapa, S.; Young, L.A.; Binzel, R.P.; Cook, JC; Cruikshank, DP Fyzikální stav a distribuce materiálů na povrchu Pluta ze zobrazovacího spektrometru New Horizons LEISA  (anglicky)  // Icarus  : journal. - Elsevier , 2017. - 1. května ( vol. 287 ). - S. 229-260 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/j.icarus.2016.12.025 .
  6. ↑
  7. ↑ 1 2 3 4 Stern, SA; Bagenal, F.; Ennico, K.; Gladstone, G. R.; Grundy, W.M.; McKinnon, WB; Moore, JM; Olkin, C. B.; Spencer, JR; Weaver, H. A.; Young, LA Systém Pluto: Počáteční výsledky z jeho průzkumu New Horizons  //  Science : journal. - 2015. - 16. října ( roč. 350 , č. 6258 ). — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.aad1815 . — PMID 26472913 .
  8. ↑ Gladstone, G. Randall; Stern, S. Alan; Ennico, Kimberly; Olkin, Catherine B.; Weaver, Harold A.; Young, Leslie A.; Summers, Michael E.; Strobel, Darrell F.; Hinson, David P.; Kammer, Joshua A.; Parker, Alex H. Atmosféra Pluta, jak ji pozoruje New Horizons  //  Science : journal. - 2016. - 18. března ( roč. 351 , č. 6279 ). — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.aad8866 . — PMID 26989258 .
  9. ↑ Croll, James Diskuze o klimatu a  kosmologii . Cambridge Core (únor 2013). Získáno 9. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 21. května 2021.
  10. ↑ Hays, JD; Imbrie, John; Shackleton, NJ Variace na oběžné dráze Země: Kardiostimulátor doby ledové  //  Science : journal. - 1976. - 10. prosince ( roč. 194 , č. 4270 ). - S. 1121-1132 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.194.4270.1121 . — PMID 17790893 .
  11. ↑ 1 2 Dobrovolskis, Anthony R.; Harris, Alan W. Obliquity of Pluto  // Icarus  :  journal. - Elsevier , 1983. - 1. srpna ( roč. 55 , č. 2 ). - str. 231-235 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/0019-1035(83)90077-5 .
  12. ↑ Dobrovolskis, Anthony R. Dynamika Pluta a Charonu   // Geophysical Research Letters : deník. - 1989. - Sv. 16 , č. 11 . - S. 1217-1220 . — ISSN 1944-8007 . - doi : 10.1029/GL016i011p01217 .
  13. ↑ Buratti, BJ; Hofgartner, JD; Hicks, M.D.; Weaver, H. A.; Stern, SA; Momary, T.; Mosher, JA; Beyer, R.A.; Verbiscer, AJ; Zangari, A. M.; Young, LA Globální albeda Pluta a Charona z pozorování LORRI New Horizons  // Icarus  :  journal. - Elsevier , 2017. - 1. května ( vol. 287 ). - str. 207-217 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/j.icarus.2016.11.012 . — . - arXiv : 1604.06129 .
  14. ↑ 1 2 3 Grundy, W.M.; Binzel, R.P.; Buratti, BJ; Cook, JC; Cruikshank, D.P.; Ore, C. M. Dalle; Earle, A. M.; Ennico, K.; Howett, CJA; Lunsford, A. W.; Olkin, CB Složení povrchu napříč Plutem a Charonem  //  Science: journal. - 2016. - 18. března ( roč. 351 , č. 6279 ). — P. aad9189 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.aad9189 . - . - arXiv : 1604.05368 . — PMID 26989260 .
  15. ↑ Van Hemelrijck, E. The insolation at Pluto  // Icarus  :  journal. - Elsevier , 1982. - 1. prosince ( roč. 52 , č. 3 ). - str. 560-564 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/0019-1035(82)90015-X . - .
  16. ↑ 1 2 3 Earle, Alissa M.; Binzel, Richard P. Historie slunečního záření Pluta: Latitudinální variace a účinky na atmosférický tlak  (anglicky)  // Icarus  : journal. - Elsevier , 2015. - 1. dubna ( vol. 250 ). - str. 405-412 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/j.icarus.2014.12.028 . — .
  17. ↑ 1 2 3 4 Earle, Alissa M.; Binzel, Richard P.; Young, Leslie A.; Stern, SA; Ennico, K.; Grundy, W.; Olkin, C. B.; Weaver, HA Dlouhodobé modelování povrchové teploty Pluta  (anglicky)  // Icarus  : journal. - Elsevier , 2017. - 1. května ( vol. 287 ). - str. 37-46 . — ISSN 0019-1035 . - doi : 10.1016/j.icarus.2016.09.036 . — .
  18. ↑ Moore, Jeffrey M.; McKinnon, William B.; Spencer, John R.; Howard, Alan D.; Schenk, Paul M.; Beyer, Ross A.; Nimmo, Francis; Zpěvačka, Kelsi N.; Umurhan, Orkan M.; White, Oliver L.; Stern, S. Alan. Geologie Pluta a Charonu očima New Horizons  (anglicky)  // Science : journal. - 2016. - 18. března ( roč. 351 , č. 6279 ). - S. 1284-1293 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.aad7055 . - . — arXiv : 1604.05702 . — PMID 26989245 .
  19. ↑ Grundy, W.M.; Cruikshank, D.P.; Gladstone, G. R.; Howett, CJA; Lauer, TR; Spencer, JR; Summers, M.E.; Buie, M.W.; Earle, A. M.; Ennico, K.; Parker, J. Wm. Vznik Charonových červených pólů ze sezónně za studena zachycených těkavých látek  (anglicky)  // Nature : journal. - 2016. - Listopad ( roč. 539 , č. 7627 ). - str. 65-68 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/příroda19340 . — . - arXiv : 1903.03724 . — PMID 27626378 .
 Pluto
Zeměpis Snímek Pluta z vesmírné sondy New Horizons, 13. července 2015.
satelity
Klasifikace
Studie
Otevírací
jiný
Zrušené mise jsou vyznačeny kurzívou , neschválené názvy jsou označeny *