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冥王星奇特的氛围刚刚坍塌

冥王星大气压的急剧下降幅度远超天文学家的预期。

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冥王星。图片来源:NASA/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所/Alex Parker

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从地球上很难观测到冥王星的大气层。只有当冥王星从一颗遥远的恒星前方经过时,天文学家才能研究它,借此了解大气层对星光的影响。2016年发生这种情况时,证实了冥王星的大气层正在增长,这是天文学家自1988年首次注意到以来的一个趋势。

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现在,这一切都改变了——冥王星的大气层似乎已经消失了。去年7月发生的最近一次掩星现象由日本京都大学的Ko Arimatsu及其同事观测到。他们说,自2016年以来,大气压似乎下降了20%以上。

首先,做一些背景介绍。天文学家早就知道,冥王星的大气层在接近太阳时会膨胀,在远离太阳时会收缩。当太阳加热其冰冷的表面时,它会升华,将氮气、甲烷和二氧化碳释放到大气中。当它远离时,大气层会冻结并像雪一样降落,这可能是太阳系中最壮观的冰雪风暴之一。

冥王星在1989年到达距离太阳最近的点,此后一直在远离。但它的大气层却持续增长,其密度约为地球大气层的1/100,000。

新视野号

天文学家认为他们知道原因,这要归功于“新视野号”探测器在2015年飞掠冥王星时传回的图像。这些图像揭示了一个出乎意料的复杂表面,颜色变化很大。北极一个神秘的红色帽子被有机分子染成了彩色。一个巨大的、白色的、被冰覆盖的盆地,称为斯普特尼克平原,横跨了半球的大部分区域。

行星地质学家认为斯普特尼克平原在调节冥王星大气层方面起着重要作用。这是因为,当它朝向太阳时,它会向大气层释放气体。模拟表明,这就是为什么即使冥王星开始远离太阳,其大气层仍然继续增长的原因。

斯普特尼克平原的颜色使模拟变得复杂,因为它的颜色决定了它吸收的光量,而这又受到冰形成的影响,其方式难以预测。

尽管如此,这些模拟表明,自2015年以来,斯普特尼克平原应该已经开始冷却,导致大气层凝结成冰。Arimatsu及其同事说,这可能就是他们最新观测的背后原因。

然而,存在一个问题。模型表明,自2016年以来,冥王星的大气层本应缩小不到1%,而不是日本团队观测到的20%。因此,可能存在其他因素正在加速冥王星大气层的消失。

结果也必须谨慎对待。冥王星大气层对遥远星光的影响很小,并且很难用团队使用的60厘米反射望远镜进行观测。他们说,测量中的各种误差源使其仅具有边际显著性。

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更大的望远镜

迫切需要使用更大的望远镜进行更好的观测。但这在短期内不太可能发生。冥王星不仅在远离太阳,还在移出银河系平面,这使得恒星掩星事件更加罕见,并且星星更暗。

这意味着未来进行更好观测的机会将寥寥无几。该团队最后呼吁天文学家使用直径以米为单位的更大、更灵敏的望远镜来观测冥王星。

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在此之前,冥王星消失的大气层仍将是一个谜。


参考文献:2019年恒星掩星事件揭示的冥王星大气压快速下降证据。arxiv.org/abs/2005.09189

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