Gravity Assist Podcast: Pluto, med Alan Stern

Gravity Assist Podcast är värd av NASAs planetariska vetenskapsman, Jim Green, som varje vecka pratar med några av världens största planetvetenskapsmän på jorden och ger en guidad tur genom solsystemet och bortom processen. Den här veckan har han anslutit sig av New Horizons Principal Investigator Alan Stern i Southwest Research Institute, för att chatta om vad Juli 2015 fly-by av Pluto avslöjade om denna mystiska och mångsidiga värld, som har en hjärtformad glaciär som är storleken på Texas och Oklahoma, blå himmel, snurrande månar, berg så höga som Rockies och röd snö!

Du kan lyssna på hela poddsändningen här, eller läs avskriftet nedan.

Jim Green: För några år sedan visste vi praktiskt taget ingenting om Pluto, men i juli 2015 ändrade nya horisonter allt det när det flög av dvärgplaneten. Vad var de största överraskningarna, Alan? [Soar över Pluto och Charon i Bländande Nya Horisonter Videor]

Alan Stern: Jag tror att mina två största överraskningar var först, bara hur helt fantastiskt Pluto visade sig vara - hur många olika sorters funktioner var på ytan och även i atmosfären. Det var något för alla. Och det andra fantastiska resultatet var hur många medlemmar av allmänheten verkligen ville delta i det och bara vara en del av denna undersökning. Vi förväntade oss att det skulle vara ett stort svar, men det var mycket större än vi trodde. Jag skulle säga åtminstone ett år efteråt var det denna helt oöverträffade offentliga reaktion som våra lagmedlemmar skulle [ta emot när] går, Vi fick önskemål om bokstavligen hundratals offentliga presentationer. Vi kunde bara inte uppfylla allt.

Jim Green: Jag tror att det fortfarande går något på det. När jag var i Japan just den här veckan gick jag till en tjejskola och de ville veta om Pluto. Det är helt enkelt helt internationellt.

Det som verkligen chockade mig, var faktiskt hjärtfunktionen, men också kontexten kring det. Pluto är en kropp som är mindre än månen, men det såg inte ut som vår mån.

Alan Stern: Pluto har sin egen personlighet, och hjärtat är förmodligen en av de största delarna av det. Vi namngav det hjärtat Tombaugh Regio efter upptäckten av Pluto, Clyde Tombaugh. När vi var långt borta, 100 miljoner miles bort - så långt som jorden från solen - och först tränade våra kameror på Pluto i fjärran, varje gång den delen kom fram kunde vi se den här ljusa massiva funktionen på ytan. När vi kom närmare och närmare började det ta denna hjärtform, och vi bestämde oss för att springa med det och kalla det Plutos hjärta. Och det ser verkligen ut som ett hjärta, men det är verkligen en massiv glaciär av kväveis som är en miljon kvadratkilometer i området. Det är storleken på Texas och Oklahoma kombinerat. Och glaciären flyter. Vi ser platser där det finns laviner och där det går upp mot bergen och subducts under dem, och vi ser var det är vändning. Det finns inte en enda krater som vi kan hitta där, vilket betyder att den här massiva fastigheten föddes igår, geologiskt sett. Det är fantastiskt.

Jim Green: Den andra sak som jag verkligen gillade om hjärtat är att det är en planitia. Det betyder att det är ett lägre område. Så det har lett dig till några riktigt snygga idéer om hur det hände.

Alan Stern: Hela planitien är omgiven av höga berg som är fyra eller fem kilometer långa, så långa som Rockies. Det verkar som om de var upplyftade i en gigantisk inverkan på Pluto-ytan som bildade ett stort bassäng, som jag sagt, ungefär en miljon kvadratkilometer, vilket är 1.000 kilometer i alla riktningar och som grävde det här stora hålet . Och då blev detta hål en kall fälla för snöar. För det första är atmosfären av kväve, så det är det som snöar mest. Det är fyllt med tiden precis som om du skulle fylla ett badkar. Våra matematiska modeller visar att när Pluto går runt sin omlopp, och då det har dessa längre säsongscykler, kan kväveinnehållet i bassängen faktiskt ebba och flyta fram och tillbaka tusentals gånger över miljarder år där havsnivån, om du kommer, av det frusna kvävet kan stiga och falla med tusentals fötter.

Jim Green: Är det på grund av dess interaktion med atmosfären?

Alan Stern: Ja. När mängden solljus på Plutos yta förändras med var det befinner sig i sin elliptiska omlopp eller hur dess stolpe lutas över tiden, då det varierar, får du mer eller mindre uppvärmning i bassängen. Det kan antingen driva kondens för att strömma in och fylla upp det, eller det som kallas sublimering, vilket är en slags förångningsprocess som kan [tömma].

Jim Green: Stämningen på Pluto var verkligen fantastisk, och den är väldigt strukturerad. Det som också blöste mig bort att en sådan liten kropp har en så vacker atmosfär som är förknippad med den.

Alan Stern: Vi förväntade oss att haze i årtionden. Det fanns tips om det i markbaserade data, och du tittar på Pluto-konstnärsföreställningar och de visar ofta en lågljudd slags skurlagret mot ytan, men det vi hittade var en svävande struktur med dussintals lager som sträcka upp en halv mil fot (150 kilometer) till Plutos himmel. När vi tog färgbilder av det [såg vi det] det är blått. Det finns inte många ställen med blå himmel. Jorden är en av dem; Pluto är en annan. det, tillsammans med strukturen och allt det fina lagret i hålet, tog oss verkligen överraskning.

Jim Green: Jag tror att det blå ljuset är bakgrundsbelyst, men det som händer i atmosfären är en ganska kemisk reaktion på gång som ett resultat av att interagera med solvinden, men även med ultraviolett ljus [från solen] och sedan komplexa kolmolekyler kommer samman och skapar det som kallas tholinerna. Så det är min förståelse för vad som händer, och de är röda.

Alan Stern: Ja, det är spot på. Och det är det som förmodligen siltar ut på Pluto-ytan och gör ytan röd. Jordens atmosfär [himmel] är blå, men luften är inte blå.Det är att spridningsegenskaperna hos de [atmosfäriska] molekylerna sprider blått ljus mer effektivt än rött ljus genom en process som kallas Rayleigh-spridning som Lord Rayleigh tänkte ut för nästan 200 år sedan som en tidig atmosfärisk vetenskapsman och fysiker. Så det röda passerar igenom, och det blåa är det som sprids runt. Det är vad som mäter atmosfärens färg, om du vill, även om själva luften, de faktiska molekylerna, är färglös. Detsamma gäller i en vattenkälla. Samma typ av process gör havet blått eller en pool blå. Men i Plutos fall är det annorlunda. Det är de finfördelade partiklarna [i atmosfären] som, trots att de är röda, hur de interagerar med solljus genom en annan process som kallas Mie-spridning, vilket ger den blå färgen. [Redaktörens anteckning: Miespridning sker när partiklarna som gör spridningen är stora än ljusets våglängd. På jorden kan Mie-spridningen orsakas av vattendroppar, eller partiklar av rök eller damm.] Det är främst en spridningseffekt, så att du ser den från den andra sidan av Pluto tillbaka när solljuset filtrerar genom atmosfären. Men om du var en astronaut och du var där skulle det bokstavligen bli blå, precis som jordens atmosfär.

Jim Green: Vad jag verkligen tycker om är på vissa ställen på Pluto det snöar rött [som ett resultat av de finfördelade partiklarna].

Alan Stern: Det är röd snö. Ja, det är en sci-fi-planet för dig.

Jim Green: Du hade tänkt på att gå till Pluto ganska länge, och du var, jag måste erkänna, den drivkraft som verkligen gjorde det hända.

Alan Stern: Tja, många arbetade på det.

Jim Green: Jag vet, men jag vet inte att vi skulle vara där utan dig. Jag är säker på att du skulle säga att det är värt det, men det tar ganska vägtull eftersom det tar en enorm mängd energi och en enorm koncentration att dra av.

Alan Stern: Det gör, och det tog en vägtull på våra familjer. Jag tror för många av oss, vi anmälde oss till nätter och helger, och långa timmar, och mycket resor. För dina barn och partners och makar och släktingar är du frånvarande mycket, men jag tycker att det var väl värt det, och jag skulle inte handla det. Jag skulle göra det igen om en minut. Jag tror att vi verkligen gjorde något bra för vetenskapen, och vi gjorde något bra för utforskning, och vi inspirerade många människor. Och du kan inte låta bli att vara stolt över det.

Jim Green: Vi har våra decadalundersökningar utförda av National Academy of Sciences när det gäller vad nästa steg i olika vetenskaper borde vara, och det måste övervägas om att gå tillbaka till Pluto och Charon. Vad är dina tankar om det? Hur kan vi eventuellt dra ut det?

Alan Stern: Jag tror att vi vet hur man gör det från en teknisk synvinkel och det finns studier på Southwest Research Institute där jag jobbar som finansieras av interna forskningsfonder för att få en början på det, liksom på Goddard Space Flight Center, på NIAC och några andra platser. Det är uppenbart att vi har tekniken att sätta en orbiter runt Pluto och till och med flyga den så snabbt eller kanske ännu snabbare med SLS (Space Launch System) än vi gjorde med New Horizons [som lanserades i januari 2006 och nådde Pluto i juli 2015]. Det intressanta är att vi har lärt oss av dessa studier att den stora satelliten Charon kan spela samma roll på Pluto som Titan gjorde för Cassini. Det är din motorbåt som gör att du kan turera systemet med hjälp av gravitationen så att du kan besöka alla små satelliter och gå ut i plasmasvansen och dyka ner i atmosfären med en masspektrometer och gör alla dessa saker praktiskt taget gratis när det gäller bränsle eftersom Charon ger dig gravitation hjälp efter tyngdkraften bistå efter gravitation hjälp.

Jim Green: Jag gillar verkligen det begreppet redan. Men Charon är också ganska spektakulär. Det är väldigt annorlunda än Pluto när det gäller dess färg och en mängd olika funktioner. Vad tyckte du om det när du såg det?

Alan Stern: Jo, vi visste att de två skulle vara annorlunda. Från all jordbaserad data kunde vi se att Pluto hade mer personlighet, om du vill, att den hade ljusare färger och en mer reflekterande yta och mycket mer varierade ljusa och mörka områden [som var synliga] när det roterades. Men Charon har sin egen personlighet, och det har några riktigt unika egenskaper som vi inte ser någon annanstans i solsystemet. Denna stora canyon över ekvatorn som sträcker sig över mer än 1 000 miles är troligen ett resultat av att ett inre hav frystes tidigt efter bildandet, eftersom det gick från en varm inre vätska till en solid, avkylad inredning. Och det har denna enorma stora röda polära keps, som någonting skulle drömma, inte något som verkligen skulle hända. Det visar sig att den polära kåpan är gjord av saker från Pluto som strömmar över rymden inuti dem och håller sig vid Charons yta vid polerna där det är kallast, och blir rött av samma anledning som tholinerna på Pluto-ytan är röda. Så Charon har mycket att lära oss också.

Jim Green: Förutom Charon har Pluto några andra månar, och de snurrar, och de är inte alla tidsspärrade, vilket också var en överraskning. Vad handlar det om?

Alan Stern: Tja, om jag visste att jag skulle gå ut och skriva ett papper. Vi förstår problemet, och när du erkänner att det finns ett problem kan du börja hantera det.Vi förväntade oss att de små satelliterna skulle snedvridas och fungera som vanliga satelliter på en jätteplan, men det ser ut som det binära systemet Pluto-Charon, genom att vara binärt och vara så ovanligt, eftersom det har ett klumpigt gravitationsfält för att du har har två massor där, skapar dessa sparkar och stötar som de små satelliterna som fortsätter att arbeta mot tidvattenstyrkorna som skulle dämpa sina rotationsperioder. I stället exciterar de dem. Det ger dem sparkar. Ta [Pluto's Moon] Hydra. Det är längst ut och det tumlar nästan 100 gånger varje gång det rullar runt Pluto en gång i sin omlopp. Det är som en fotboll. Det tumlar bara och tumlar och tumlar var 10: e timme.

Jim Green: När jag först såg att jag trodde det bra, måste det ha varit resultatet av någon form av nybörjad påverkan som har gjort det och det har inte gått ganska långsamt. Men då då många av de andra månarna inte visade den tidligt låsta positionen [Redaktörens anmärkning: tidvattenslåsning är när en föremåls rotationsperiod och omloppsperiod låses ihop så att de håller samma längd, vilket resulterar i dem som visar samma ansikte mot deras förälder, som vår Moon gör på jorden], då har du rätt: något annat måste förklara det.

Alan Stern: Många tyckte vad du just sagt, att det måste vara bevis för en senare påverkan, men som du säger, för att alla fyra [småmånaderna Pluto] gör det betyder det att det är för osannolikt. Men även vissa människor trodde att systemet [av små månar] just hade bildats. Men när våra kraterräknare gjorde jobbet för att bestämma ytan åldrarna - för ju mer kratrar på ytan desto längre har det varit i regimet av stötfångare - de fick en ålder av miljarder år för de små satelliterna, lika gamla som Charon, vilket innebar att de var alla formade tillsammans och väldigt länge sedan. Och något annat pågår för att göra de ovanliga snurräntorna.

Jim Green: Den andra delen till det också är det ser inte ut som det finns några skräp som ligger runt. Så om det fanns en senare påverkan, var gick alla skräp?

Alan Stern: Exakt. Systemet är rent som en visselpipa.

Jim Green: En av de saker som jag alltid gillar att göra med mina gäster är att prata om hur de kom in i sitt fält, hur de verkligen blev glada över vad de gör och den körning de fått. Så Alan, vad var din gravitation hjälp som gjorde att det hände för dig?

Alan Stern: Jo, det är nog mycket, men en som kommer att komma ihåg genast är min pappa, som inte var i rymdverksamheten, inte i vetenskapsbranschen, han var i försäljning och ledning, och en dag kom han hem från en affärsresa med sin lilla handhållna röstinspelare och han sa: "Gissa vem jag satt bredvid på detta flygplan - Apollo-astronauten Wally Schirra. Och han lämnade ett meddelande till dig." Och så spelade min pappa den här inspelningen, och det var Wally Schirra, ganska sagt: "Hej Alan, jag förstår att du bor i Dallas och du är intresserad av vetenskap och du studerar hårt och du vet att du kan göra någonting du kan komma. Du kan bli en astronaut som jag är, eller vara en forskare eller ingenjör, vad du än vill arbeta på. Kom och få dem. Jag hoppas jag träffar dig en dag. " Och wow, för en 9- eller 10-årig pojke, var pojke som en gravitation hjälp.

Jim Green: Fick du någonsin tillbaka och träffade Wally?

Alan Stern: Jag träffade honom aldrig. Jag har träffat en hel del Apollo-astronauterna, och jag vet inte om bandet fortfarande fungerar, men jag vet att vi fortfarande har den lilla handhållna inspelaren. Jag skulle inte låta min pappa kasta den bort. Jag är säker på att det ligger på mina föräldrars våning någonstans.

Jim Green: Nya Horizons är nu förbi Pluto, och går ut i Kuiperbältet. Vad är nästa för det?

Alan Stern: Tja, den bäst bevarade hemligheten om New Horizons är att vi använder teleskop ombord som observatorium faktiskt i Kuiperbältet. Vi vaknade bara rymdfarkosten i september och hela vägen fram till slutet av året observerar vi små planeter och ännu mindre Kuiper Belt-objekt över hela banan. (Redaktörens anteckning: rymdfarkosten har nu återgått till viloläge fram till 4 juni 2018). Och sen i slutet av 2018 kommer vi att ligga ner på vår nästa flygning, en miljard mil bortom Pluto, vid en av byggnaderna av dessa planeter som Pluto. Det är ett objekt som ännu inte har ett namn, bara en skylt, 2014 MU69. Det är förmodligen den mest orörda reliken av solsystemets bildning som någonsin ska undersökas. Det har varit ute i det - 400 graders djupfrysning i fyra miljarder år, och vi har aldrig varit i någonting så här tidigare. Vi vet inte riktigt vad vi ska förvänta oss. Det är lite som Pluto i det avseendet. Jag är säker på att vi får se några överraskningar. Allt händer under semestern år 2018, så du kan tillbringa din jul i Kuiperbältet och ditt nyårsafton med NASA. Flybyen är faktiskt på nyårsafton och nyårsdagen vänder 2019. Och nya horisonter är i spektakulärt hälsosam form och redo att gå tillbaka i ringen för nästa runda.