Планетолог доктор Хелен Мэйнард-Кейсли (Helen Maynard-Casely) вместе с коллегами изучили поведение твердого метана и азота при изменениях температуры в диапазоне, характерном для Плутона, а также смогли внести исправления в модели, использующие ранние, некорректные представления о структуре азота при этих температурах.

В своем исследовании команда Мэйнард-Кейсли также демонстрирует свидетельства неожиданных изменений в ориентации зерен твердого метана и азота при нагревании, которые могут указывать на рост зерен.

Плутон, наклоненный на своей оси под углом 120 градусов, испытывает сезонные колебания температуры в диапазоне от 24 до 54 Кельвинов (от минус 250 до минус 220 градусов Цельсия) в ходе своего обращения вокруг Солнца, период которого составляет 248 лет.

Изучение механических свойств твердого азота и метана при низких температурах сопряжено со значительными трудностями, а потому представляет собой относительно слабо разработанную научную область.

Мэйнард-Кейсли в своей работе воссоздала эти условия, используя дифрактометр высокой интенсивности Wombat и криогенные установки. Она выполнила исследования теплового расширения метана и азота, поскольку научных работ такого рода ранее не проводилось.

Изменения плотности обоих веществ могут помочь объяснить гляциологию Плутона.

В ходе исследования Мэйнард-Кейсли выяснила, что низкотемпературная альфа-форма азота, в которой молекулы этого элемента пребывают при криогенных температурах, поддерживающихся на Плутоне, имеет иную элементарную ячейку (пространственная группа Pa3̅), чем считалось ранее (пространственная группа P213). Пространственная группа элементарной ячейки важна, поскольку оказывает большое влияние на физические свойства вещества. Так, в случае ячейки пространственной группы P213 следовало бы ожидать пироэлектрических свойств, состоящих в том, что при нагревании образца должна выделяться энергия, в то время как структура льдов Плутона, выявленная при помощи аппарата НАСА New Horizons, демонстрирует отсутствие признаков этого эффекта, пояснила Мэйнард-Кейсли. Пребывающий в альфа-форме азот имеет значительную упорядоченность строения и занимает относительно небольшой объем, в то время как при чуть более высоких температурах, составляющих порядка 44 Кельвина, молекулы азота свободно вращаются в пластическом состоянии. Фаза I метана также описывается как пластическое состояние, в котором слабое взаимодействие между молекулами и их свободная ориентация сообщают веществу механическую мягкость, отметила доктор Мэйнард-Кейсли.