Климатические зоны на Плутоне

Климатические зоны на карликовой планете Плутон представляют собой необычный набор климатических зон вследствие нетипичного для планет расположения оси^[1]. Было выделено пять климатических зон: тропики, арктическая зона, тропическая арктическая зона, суточная область и полярная область^[1]. Климатические зоны выделены на основе астрономических методов определения границ или на основе определения субсолнечных широт, не связанных с циркуляцией атмосферы на карликовых планетах. Харон, крупнейший спутник Плутона, находится в состоянии приливного захвата с Плутоном, поэтому наборы климатических зон у двух небесных тел совпадают^[1].

Плутон представляет собой льдистое тело и наиболее примечательный объект в поясе Койпера. Поверхность в основном состоит из метана (CH₄), азота (N₂) и моноокиси углерода (CO). Летучие льды присутствуют в различных концентрациях и распределениях^{[2][3][4][5][6]}. Хотя Плутон мал по сравнению с обычными планетами, он обладает атмосферой. Атмосфера Плутона очень тонкая по сравнению с земной. Она состоит из нескольких слоёв дымки и содержит большое количество азота (N₂), следовые количества метана (CH₄) и моноокиси углерода (CO)^[7][8]. Долговременные климатические циклы планет (например, Земли) связаны с наклоном оси вращения планеты и его переменностью^[9], с циклической переменностью эксцентриситета и прецессией^[10]. Однако в случае Плутона цикл переменности эксцентриситета и прецессия орбиты имеют меньшее значение, чем переменность наклонения. Таким образом, климатические зоны на поверхности Плутона определялись только на основе вариации наклонения оси вращения Плутона^[1].

Характеристики и границы[править | править код]

Пять климатических зон на поверхности Плутона определены на основе нахождения субсолнечных широт, то есть широт, на которых Солнце иногда может наблюдаться в зените^[1]. Границы климатических зон можно определить, однако их границы могут расширяться и сжиматься в соответствии с переменностью наклонения Плутона от минимального значения 103° до максимального значения 127° с периодом 2,8 млн лет^[11][12]. Это означает, что у некоторых зон границы постоянны, а у некоторых зон границы меняются вследствие переменности наклона оси вращения на масштабах в миллионы лет. Постоянные границы относятся к широтным зонам, которые всё время обладают постоянными характеристиками вне зависимости от угла наклона.

Тропики[править | править код]

Тропики на Плутоне определяются как диапазон широт, на которых Солнце может достигать зенита хотя бы один раз за орбитальный период Плутона. В настоящее время тропики простираются от 60°N до 60°S, поскольку современное значение наклона равно 120°^[1]. Однако, когда наклон орбиты становится равным 103°, тропики простираются от 77°N до 77°S. В этот период тропический пояс покрывает большую часть поверхности малой планеты, что составляет около 97 % от полной поверхности^[1]. В противоположность, когда наклон достигает максимального значения 127°, тропический пояс сжимается до минимального размера с 53°N до 53°S. В таком случае тропики покрывают только 80 % поверхности планеты. Поэтому большая часть планеты всегда находится в тропическом поясе. В этой области альбедо меняется сильнее всего^[7][13].

Арктический пояс[править | править код]

Арктический пояс Плутона определяется как диапазон широт, в котором в летний сезон Солнце в какой-то период не погружается под горизонт, а в зимний сезон не поднимается над горизонтом. Постоянные арктические зоны простираются от 90°N до 37°N в северном полушарии и от 90°S до 37°S в южном полушарии. В целом два арктических региона покрывают около 40 % поверхности карликовой планеты^[1]. Перманентные арктические области соответствуют распределению N₂ на поверхности^[14]. Длительный период непрерывной зимы, обычно длящийся более века, соответствует перманентной арктической области в каждый орбитальный период Плутона на протяжении всего 2,8-млн цикла переменности наклонения^[1].

Вследствие переменности наклона оси вращения Плутона арктические зоны также расширяются и сжимаются с периодом переменности наклона. При текущем наклоне оси вращения арктические зоны простираются от 30°N до 90°N в северном полушарии и от 30°S до 90°S в южном полушарии. Эти арктические зоны покрывают около 50 процентов полной поверхности Плутона. Максимальный диапазон по широте для арктических зон составляет от 13°N и от 13°S в стороны полюсов при наклоне оси вращения 103°. В такие моменты арктические пояса занимают около 78 % полной площади поверхности^[11][15][16].

Суточная область[править | править код]

Суточная климатическая область Плутона определяется как диапазон широт, при котором в течение всего года каждые сутки происходит смена дня и ночи. Высокое среднее значение наклонения и большой период колебаний оси приводит к тому, что узкая полоса широт испытывает колебания. Суточная зона является наименее широкой при наклоне (минимум) 103°, что было около ~0.8 миллионов лет назад. Это полоса от 13°N до 13°S, простирающаяся на равное расстояние от экватора, называемая постоянной суточной зоной. Она занимает 22 процента от полной площади поверхности малой планеты. В каждый период вращения Плутона вокруг своей оси, равный 6,4 земных суток, в точках этой области наблюдается восход и заход Солнца^[1].

В настоящее время суточная область простирается от 30°N до 30°S и занимает около 50 % полной площади поверхности планеты при современном угле наклона оси вращения 120°. По мере изменения наклонения, при его увеличении суточная область расширяется до максимума, при этом располагаясь от 37°N до 37°S (покрывает около 60 % площади поверхности), такова будет ситуация через ~0,6 млн лет. Морфология этой области характеризуется почти равной шириной тёмных экваториальных полос, также в этой климатической зоне наблюдается наиболее сильный контраст альбедо^[7][17].

Тропическая арктика[править | править код]

Зона тропической арктики соответствует области, в которой перекрываются тропическая зона и арктическая. Уникальная климатическая область возможна только при углах наклона оси вращения от 45° до 135°. Поскольку наклон оси вращения Плутона варьируется от 103° до 127°, то на Плутоне всегда есть такая область. При этом в ней расположена большая часть поверхности Плутона^[1]. Область простирается от 13°N до 77°N и от 13°S до 77°S. В таком широтном диапазоне область покрывает 75 % полной поверхности планеты. Поскольку протяжённость тропических и арктических зон меняется в течение периода вариации угла наклона оси вращения, то и зона тропической арктики также расширяется и сжимается. Только диапазон от 37° до 57° в каждом полушарии остаётся устойчивым на протяжении всего периода вариации наклонения. Этот диапазон называют зонами постоянной тропической арктики (примерно 20 % площади поверхности)^[1].

Максимальная протяжённость тропических арктических зон соответствует диапазону от 13° до 77° по широте в обоих полушариях (покрывает 75 % полной поверхности). При современном наклоне в 120° тропическая арктическая зона простирается от 30°N до 30°S и покрывает 50 % площади поверхности Плутона. В этой области достигаются наибольшие колебания в течение цикла^[18].

Полярные области[править | править код]

Полярные области на Плутоне являются областями, в которых Солнце не достигает зенита, то есть точки строго над головой, в любой момент орбитального периода Плутона и цикла переменности наклонения. Полярные области имеют радиус 13° относительно каждого полюса^[1]. В этой области климат всегда арктический и никогда не становится тропическим. Всего полярные зоны занимают около 3 процентов всей поверхности. В области от 77° до 90° находится зона постоянного полярного климата. Здесь зима и лето длятся наиболее долго^[1]. Максимальная протяжённость полярных областей может достигать от 53°N до 90°N и от 53°S до 90°S при площади около 20 % от полной площади поверхности Плутона. В настоящее время полярная область простирается от 60° до 90° в обоих полушариях (13 % площади поверхности малой планеты). Крупнейший спутник Плутона, Харон, также обладает полярной зоной, состоящей из полярной шапки^[7][19].

Корреляция со свойствами поверхности[править | править код]

Суточная область между 13°N и 13°S никогда не испытывает периодов непрерывного лета или зимы. Экваториальные области Плутона состоят из тёмных полос с чётко различимыми границами. Эта область совпадает с постоянной суточной зоной на Плутоне. Область с высоким альбедо в суточной зоне остаётся достаточно тёплой для того, чтобы не стать областью-ловушкой для летучих соединений. Отсутствие интервалов арктического зимнего тёмного времени также исключает возможность осаждения летучих соединений^[16][17]. С другой стороны, области с низким альбедо в суточной зоне высвечивают накопленную энергию от Солнца при вращении малой планеты в тёмное время суток^[16][17]. Температурный цикл вблизи экватора (в суточной зоне) приводит к тому, что в тёмной и светлой области альбедо существенно разное^[17].

Корреляция между распределением метана и азота на поверхности и климатическими зонами пока не прояснена^[1]. CH₄ широко распределён вне области Томбо и области Ктулху, возможно, на широтах северной границы области Ктулху^[14]. С другой стороны, азот N₂ концентрируется на широтах выше 30°N, что совпадает с постоянной арктической климатической зоной^[14]. Некоторые области на поверхности Плутона подвержены как тропическому, так и арктическому климату в соответствии с циклическим изменением наклона оси вращения малой планеты. Большая часть поверхности планеты находится в тропическо-арктической области.

Примечания[править | править код]