冥王星大气层面临崩溃命运_最新观测显示_比我们想象的更稳定

多年以来,一些科学家们一直在为冥王星的大气层忧虑,担心它会崩溃。不过,最近的研究显示,这个担忧可能有点多余了,冥王星的大气层远比我们想象的要更加牢固。

大气层的危机

虽然听起来有点不可思议,但冥王星的确是有大气层的。只不过,非常稀薄。

据推测,冥王星表面的大气压力只有几微帕,几乎只有地球大气层的100万分之一。不过,即使是这少得可怜的一点点大气,也遭遇到了危机。

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那么,冥王星的大气层究竟有什么危机呢?

我们知道,冥王星轨道的偏心率是非常大的,它的远日点为73亿公里,近日点却只有44亿公里,比海王星还近。因此,随着运行位置的不同,接收太阳的辐射也不同,冥王星表面的温度、环境也会相应地发生变化。

这就是科学家们担心的根源,随着冥王星离开近日点,距离太阳越来越远,它的表面也会越来越冷。随着温度的降低,其表面大气层中的气体可能会承受不住低温而开始凝固,最终沉降到冥王星表面。这种情况在其他天体也时有发生,比如地球,温度比较高,只能让水以雪的形式降落;在火星表面,可以让二氧化碳也出现这样的过程;而寒冷如冥王星的天体,连氮气都会凝固。

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(图片说明:冥王星轨道示意图,看得出来,它的轨道非常扁)

此前,有科学家曾经在《天文学和天体物理学》杂志上发表过相关论文,预测冥王星的大气层可能在2030年消耗殆尽。此言一出,立即引起了天文学家们的注意,大家纷纷将望远镜对准冥王星,试图一探究竟。

问题在于,冥王星实在过于遥远,在新地平线号飞抵之前,我们对于冥王星表面的认知几乎就是空白。如今,新地平线号探测器已经离开冥王星多年,我们要如何了解它表面的大气层呢?

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(图片说明:冥王星及其卫星卡戎)

幸运的是,科学家们还是找到了方法——掩星法。

遥远恒星诉说冥王星的秘密

这是一件很有趣的事,我们用更遥远的天体来研究冥王星。当冥王星运行到地球和某颗恒星之间的时候,恒星发出的光会经过冥王星在折射等物理原理的作用下,发生方向、亮度、光谱等变化。通过这些变化,我们就可以探测冥王星表面的大气层状态,包括厚度、所含的成分等等信息。

2015年6月29日,这样的探测机会说来就来,它在一颗名为UCAC2 139-209445的恒星前方路过,给人类一次观测它的大气层的绝佳机会。

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(图片说明:左图为2015年冥王星掩星在地球上投影的示意图,右侧为地球不同位置上看到的掩星路径,虚线大致为冥王星的大气层范围)

为了把握住这为数不多的探测冥王星的机会,科学家们使用了多台望远镜,甚至还用了平流层红外天文学观测站(SOFIA,中文也可译作索菲亚)。SOFIA其实是一架波音747飞机,但是按照NASA的要求改装,配备了一架2.7米口径的红外望远镜,是目前最大的机载望远镜。在使用的时候,这架飞机会飞到高空,将地球大气层对宇宙红外线的干扰降低99%以上。简单来说,你可以把它看作是低配版的哈勃望远镜。

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(图片说明:平流层红外天文学观测站)

索菲亚的观测

由于这次掩星只能在印度洋和太平洋南部的区域可见,所以SOFIA从新西兰起飞,对这次天文事件进行观测。果然,在预测的时间内,掩星事件发生了,这颗恒星的亮度先是变暗,然后变亮。在这个过程中,科学家们对冥王星的大气层进行了详细的观测。

从下图中我们可以看到这颗恒星亮度的变化,如果冥王星没有大气层,那么它的亮度应该是一个近乎直线的下降,而事实上,它的亮度是在大约1分钟的时间内逐渐下降的,这证明冥王星仍然有大气层。而波谷中心的凸起,实际上是大气层折射的结果。观测数据有力地表明,冥王星仍然有大气层。并且,我们还可以从中得到更多信息。

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(图片说明:索菲亚拍摄到的UCAC2 139-209445亮度变化)

如果按照之前的预言,冥王星的大气层会冰冻沉降在表面,那么我们应该会看到压力的下降。尤其冥王星在1989年离开近日点后,这个现象应该越来越明显才对。但是和2011年以及2013年的观测数据相比,2015年冥王星大气层的压力并没有什么变化。这证明,冥王星的大气层相对还是比较稳定的。

虽然我们也不能完全认定冥王星的大气层不会在未来几十年内崩溃,但是它在短时间内消失的可能性也不会很大。

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(图片说明:位于智利的一台望远镜在冥王星掩星前7.5个小时拍摄到的画面,其中蓝色圈里是冥王星,红色圈里是被遮挡的恒星)

更多的秘密

更有趣的是,冥王星掩星事件发生的时候,恰恰是新地平线号探测器即将到达冥王星的时候。仿佛是巧合一样,人类可以结合两次事件同时对冥王星进行研究。

当新地平线号在冥王星的阴暗面对它进行逆太阳光拍摄的时候,发现了它周围一圈淡蓝色的环状物围绕。和地球一样,导致它呈现蓝色的原因就是氮气的散射作用。同时,它还检测到冥王星大气层内有大量的雾霾一样的极微小颗粒,一直延伸到200公里以外,比地球大气层还远。

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(图片说明:新地平线号探测器逆光拍摄到的冥王星大气层)

而索菲亚的探测结果,恰好告诉了科学家,这些小颗粒到底是什么。

观测显示,这些颗粒的直径在0.06-0.1微米之间,非常微小(相比之下,你头发的直径有100微米)。这样微小的尺寸允许它们可以在冥王星的大气层内漂浮相当长的一段时间。

科学家分析认为,这是在太阳光的照射下,导致冥王星表面的氮气、一氧化碳和甲烷被释放出来。而后面两种物质升到高空的时候会被紫外线分解,最终转化成更复杂的分子,这就是新地平线号所观察到的现象。

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(图片说明:NASA新地平线号探测器于2015年7月14日下了四张冥王星照片,科学家经过拼接合成了这张照片)

比大气层更堪忧的是…

实际上,虽然这一次的观测显示冥王星的大气层崩溃概率非常低,但也不代表它十分安全。因为,它虽然不往下走,但上空却非常值得忧虑。

冥王星引力小,束缚空气的能力非常有限。即使是飞越了60亿公里的太阳风,依然足以将大量的气体分子吹散。当空气中的分子被吹散后,冥王星地表的冰层将会分解出气体补充大气层。据推测,从冥王星形成到现在,其地表三公里的物质都已经被吹散到宇宙空间,而这个现象显然没有停止。

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也就是说,冥王星损失的不仅仅是大气层,还是它的地表。显然,这比损失大气层更加堪忧。这颗被踢出行星行列的可怜天体,未来可能还会进一步缩小,直到气体物质全部挥发……

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作者:ywf0307
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来源:电影天堂
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THE END
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