Una idea disparatada sobre los efectos de enfriamiento de la neblina de Plutón, confirmada por nuevos datos del Telescopio James Webb

Fuente UC Santa Cruz

Un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy confirma la hipótesis planteada por Xi Zhang, de la Universidad de California en Santa Cruz, en 2017.

Las primeras observaciones de Plutón realizadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA revelan fenómenos dramáticos en su superficie, como ciclos estacionales de redistribución de hielo volátil y la extracción de material de su atmósfera hacia su satélite principal, Caronte, una interacción inquietante que no ocurre en ningún otro lugar de nuestro sistema solar.

Estas condiciones exóticas se detallan en una serie de estudios publicados esta primavera por un equipo internacional de investigadores. Pero aunque la imagen de moléculas de la atmósfera de un globo flotando por el espacio y asentándose en los polos norte y sur de su compañero celeste parezca extraña, un investigador de la UC Santa Cruz del equipo sonríe.

El artículo más reciente, publicado en Nature Astronomy el 2 de junio, confirma las hipótesis formuladas inicialmente por Xi Zhang, de la UC Santa Cruz, sobre la atmósfera de Plutón, basadas en el histórico sobrevuelo de la sonda New Horizons de la NASA en 2015, que ofreció a los investigadores la visión más cercana hasta la fecha del curioso orbe en el límite del sistema solar. Menos de una década antes, Plutón, considerado durante mucho tiempo un planeta de pleno derecho, fue degradado a «planeta enano» debido a que no cumplía varios criterios cósmicos.

Una idea descabellada

Tras las observaciones de Plutón realizadas por la sonda New Horizons, Zhang publicó un artículo en 2017 que planteaba la hipótesis de que la atmósfera de Plutón estaba dominada por partículas de neblina, lo que la habría diferenciado completamente de otras atmósferas del sistema solar. Zhang, profesor de ciencias de la Tierra y planetarias, postuló que estas partículas de neblina se calientan y enfrían, controlando todo el equilibrio energético de la atmósfera de Plutón.

«Era una idea disparatada», dijo Zhang, añadiendo que muchos de sus colegas en aquel momento se mostraron escépticos. Pero él y sus coautores también hicieron una predicción clara en su artículo de 2017: si la neblina está enfriando Plutón, debería estar emitiendo una intensa radiación infrarroja media, que debería ser observable una vez que los astrónomos dispusieran de un telescopio lo suficientemente grande y potente.

Ese momento llegó el día de Navidad de 2021, cuando la NASA lanzó el JWST al espacio para permitir observaciones que superarían con creces las realizadas por sus predecesores terrestres durante las últimas décadas. Zhang afirmó que el estudio actual del JWST se inspiró en su hipótesis de 2017. «Nos sentimos muy orgullosos, porque confirmó nuestra predicción», afirmó. «En la ciencia planetaria, no es común que una hipótesis se confirme tan rápidamente, en tan solo unos años. Así que nos sentimos muy afortunados y muy emocionados».

Condiciones de neblina

El sobrevuelo de Plutón en 2015 reveló un mundo con paisajes sorprendentes, marcado por una topografía compleja (cuencas, montañas y valles), actividad geológica continua, como glaciares de nitrógeno (N₂) y metano (CH₄), y una atmósfera químicamente rica que contiene compuestos volátiles como N₂, CH₄ y monóxido de carbono. La atmósfera neblinosa de Plutón se formó a partir de la fotoquímica acoplada de metano y nitrógeno, similar a la neblina que rodea a Titán, la luna de Saturno.

En contraste, se demostró que Caronte carece de atmósfera y tiene una superficie más uniforme, dominada por hielo de agua mezclado con compuestos a base de amoníaco. Se cree que sus regiones polares, más oscuras y rojizas, son el resultado de la captura y transformación química de las moléculas de CH₄ que escapan de la atmósfera de Plutón.

Las observaciones recientes con el JWST ofrecen una nueva perspectiva de este sistema distante. Como se informó en la serie de artículos publicados esta primavera, por primera vez, el instrumento MIRI del telescopio permitió mediciones separadas de la emisión térmica en el infrarrojo medio de Plutón y Caronte en forma de curvas de luz a 18, 21 y 25 µm.

Posteriormente, en mayo de 2023, el instrumento capturó un espectro infrarrojo medio de alta calidad (4,9–27 µm) de Plutón y su atmósfera. Este rango espectral, previamente inexplorado debido a la sensibilidad insuficiente de los instrumentos anteriores, reveló una riqueza química inesperada que condujo a una mejor comprensión de los procesos atmosféricos y el origen de los hielos de Plutón.

Pistas cósmicas ocultas en la neblina

Las curvas de luz del JWST también revelaron variaciones en la radiación térmica superficial de Plutón y Caronte durante su rotación. Al comparar estos datos con modelos térmicos, los investigadores pudieron establecer fuertes restricciones sobre la inercia térmica, la emisividad y la temperatura de diferentes regiones de Plutón y Caronte. Estas propiedades son las que determinan la distribución global del hielo en Plutón y el éxodo de moléculas atmosféricas a Caronte.

Los nuevos datos del JWST también confirmaron una segunda predicción, realizada por Linfeng Wan, exalumno de doctorado de Zhang y otro coautor del artículo en Nature Astronomy. Las nuevas observaciones concuerdan con la predicción central de su estudio de 2023 sobre la amplitud de la curva de luz rotacional de Caronte.

“Plutón se encuentra en un punto realmente único en el rango de comportamiento de las atmósferas planetarias. Esto nos brinda la oportunidad de ampliar nuestra comprensión del comportamiento de la neblina en entornos extremos”, explicó Zhang. Y no se trata solo de Plutón; sabemos que Tritón, la luna de Neptuno, y Titán, la luna de Saturno, también tienen atmósferas similares de nitrógeno e hidrocarburos, repletas de partículas de neblina. Por lo tanto, también debemos replantearnos sus funciones.

Y, añadió Zhang, existe una conexión aún más profunda. «Antes de que el oxígeno se acumulara en la atmósfera terrestre, hace unos 2400 millones de años, ya existía vida. Pero en aquel entonces, la atmósfera terrestre era totalmente diferente: sin oxígeno, principalmente nitrógeno, y con una gran concentración de hidrocarburos», explicó. «Por lo tanto, al estudiar la neblina y la composición química de Plutón, podríamos obtener nuevos conocimientos sobre las condiciones que hicieron habitable a la Tierra primitiva».

Para el artículo de Nature Astronomy, Zhang y su exalumno de doctorado Linfeng Wan contribuyeron con modelos teóricos para interpretar los datos del JWST, calcular los espectros térmicos y reevaluar las tasas de enfriamiento de la atmósfera de Plutón. El equipo detrás de la serie de artículos estuvo dirigido por investigadores del Laboratorio de Instrumentación e Investigación en Astrofísica, del Observatorio de París, y de la Universidad de Reims Champagne-Ardenne.

Referencia

• Bertrand, T., Lellouch, E., Holler, B. et al. Evidence of haze control of Pluto’s atmospheric heat balance from JWST/MIRI thermal light curves. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02573-z