冥王星大氣層面臨崩潰命運？最新觀測顯示：比我們想像的更穩定
2023-04-01 01:54:56 1
多年來，一些科學家一直擔心冥王星的大氣，擔心它會崩潰。然而，最近的研究表明，這種擔心可能有點多餘。冥王星的大氣層比我們想像的要強大得多。
大氣危機
儘管聽起來有點奇怪，冥王星確實有大氣層。只是，非常薄。
據估計，冥王星表面的大氣壓力只有幾微巴，幾乎是地球大氣的百萬分之一。然而，即使是這樣的小氛圍也遇到了危機。
那麼，冥王星的大氣層到底有什麼危機呢？
我們知道冥王星軌道的偏心率非常大。它的遠地點是73億公裡，而近日點只有44億公裡，比海王星近。因此，冥王星表面的溫度和環境將隨著不同的運行位置和從太陽接收到的不同輻射而相應地改變。
這是科學家們擔憂的根源。隨著冥王星離開近日點並遠離太陽，它的表面會變得越來越冷。隨著溫度的降低，其表面大氣中的氣體可能無法承受低溫並開始固化，最終沉積在冥王星的表面。這種情況在其他天體上也時有發生，比如地球，溫度相對較高，只能讓水以雪的形式落下；在火星表面，二氧化碳也會經歷同樣的過程。另一方面，甚至氮氣也會在像冥王星這樣的冷物體中凝固。
(圖片說明:冥王星的軌道圖顯示它的軌道非常平坦)
此前，一些科學家在《天文學和天體物理學》雜誌上發表了相關論文，預測冥王星的大氣可能會在2030年耗盡。這句話立刻引起了天文學家的注意，他們將望遠鏡對準冥王星，試圖找出答案。
問題是冥王星太遠了。在新地平線到達之前，我們對冥王星表面的了解幾乎等於0+白色。既然新視野探測器已經遠離冥王星很多年了，我們怎麼知道它的表面大氣呢？
(圖片說明:冥王星及其衛星卡戎)
幸運的是，科學家發現了一種方法——掩星法。
遙遠的星星告訴冥王星的秘密
這是一件非常有趣的事情。我們用更遠的天體來研究冥王星。當冥王星在地球和恆星之間移動時，恆星發出的光會在方向、亮度、光譜等方面發生變化。在冥王星的折射等物理原理的作用下。通過這些變化，我們可以探測到冥王星表面的大氣狀態，包括它的厚度、成分和其他信息。
2015年6月29日，這種探索的機會來了。它經過一顆名為UCAC2 13209445的恆星前面，給人類一個觀察其大氣層的絕佳機會。
(圖片說明:左圖顯示了2015年冥王星在地球上的掩星投影，右圖顯示了冥王星在地球不同位置的掩星路徑，虛線大致是冥王星的大氣範圍)
為了抓住這個探索冥王星的難得機會，科學家們使用了許多望遠鏡，甚至平流層紅外天文觀測臺(索非亞)。索非亞實際上是一架波音747，但它根據美國航天局的要求進行了改裝，並配備了一架2.7米的紅外望遠鏡，這是目前最大的機載望遠鏡。使用時，飛機將飛到高度空，將地球大氣層對宇宙紅外線的幹擾減少99%以上。簡而言之，你可以把它想像成一架低調的哈勃望遠鏡。
(圖片說明:平流層紅外天文臺)
索菲亞的觀察
由於這種掩星現象只能在印度洋和南太平洋看到，索非亞從紐西蘭起飛觀察這一天文事件。果然，掩星事件發生在預測的時間內。星星的亮度先是變暗，然後變亮。在這個過程中，科學家對冥王星的大氣層進行了詳細的觀察。
從下圖中我們可以看到這顆恆星的亮度變化。如果冥王星沒有大氣層，它的亮度應該會以近乎直線的方式下降。事實上，它的亮度在大約一分鐘內逐漸降低，這證明冥王星仍然有大氣。波谷中心的凸起實際上是大氣折射的結果。觀察強烈表明冥王星仍有大氣層。此外，我們還可以從中獲得更多的信息。
(照片說明:索非亞拍攝的UCAC2 13209445亮度變化)
如果冥王星的大氣根據先前的預測凍結並停留在表面，那麼我們應該會看到壓力下降。尤其是在冥王星於1989年離開近日點之後，這種現象應該越來越明顯。然而，與2011年和2013年的觀測數據相比，2015年冥王星的大氣壓力變化不大。這證明冥王星的大氣相對穩定。
儘管我們不能完全假設冥王星的大氣層在未來幾十年內不會崩潰，但它在短時間內消失的可能性並不是很大。
(圖片說明:在冥王星被掩星前7.5小時，智利的一架望遠鏡拍攝的照片，其中冥王星在藍色圓圈內，恆星被阻擋在紅色圓圈內)
更多秘密
更有趣的是，冥王星掩星發生在新視野探測器即將到達冥王星的時候。仿佛這是一個巧合，人類可以結合兩個事件來同時研究冥王星。
當新地平線在黑暗中對著太陽拍攝冥王星時，發現它周圍有一個淺藍色的環。像地球一樣，藍色是由氮的散射造成的。與此同時，它還探測到冥王星的大氣中含有大量極細的粒子，如煙霧，這些粒子延伸到200公裡以外，比地球的大氣還要遠。
(圖片說明:冥王星的大氣被新地平線探測器背光捕捉到)
索菲亞的探測結果告訴科學家這些小粒子是什麼。
觀察表明，這些顆粒的直徑在0.06到0.1微米之間，非常小(相比之下，你頭髮的直徑是100微米)。如此微小的尺寸允許它們在冥王星的大氣中漂浮相當長的時間。
科學家認為這是由於太陽的照射，導致了冥王星表面氮、一氧化碳和甲烷的釋放。然而，當上升到空的高度時，後兩種物質將被紫外線分解，並最終轉化為更複雜的分子，這是新視野觀察到的現象。
(圖片說明:美國宇航局的新視野探測器在2015年7月14日拍攝了四張冥王星的照片，科學家將它們拼接在一起形成了這張照片)
比大氣層更令人擔憂...
事實上，儘管這一觀察表明冥王星的大氣崩潰概率很低，但並不意味著它是非常安全的。因為，雖然它沒有下降，但令人非常擔憂的是，上限空。
冥王星的引力很小，它束縛空氣體的能力非常有限。甚至已經飛行超過60億公裡的太陽風，仍然足以吹走大量的氣體分子。當空氣體中的分子被吹走時，冥王星表面的冰層會分解氣體以補充大氣。據估計，從冥王星形成到現在，其表面以上3公裡處的物質已經被吹向宇宙空，這一現象顯然沒有停止。
換句話說，冥王星不僅失去了它的大氣層，也失去了它的表面。顯然，這比失去大氣層更令人擔憂。這個可憐的天體，已經被踢出了行星行列，將來可能會進一步縮小，直到所有氣態物質揮發...
