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冥王星的气氛或然会结霜并消失,物医学家直面

2015年7月14日New Horizo​​ns拍摄的冥王星的高分辨率图像。图像已经过颜色增强,以显示表面的不同地质特征。美国宇航局,约翰霍普金斯大学应用物理实验室,西南研究所。

科学家遭遇冥王星大气谜题 “新视野”号探测器与地基观测结果大相径庭

矮行星冥王星的生活很艰难。在2006年因其体积小而被剥夺其地位后,它可能面临即将到来的大气层。

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矮行星冥王星的生活很艰难。在2006年因其体积小而被剥夺其地位后,它可能面临即将到来的大气层。

“新视野”号探测器拍摄的冥王星大气层。图片来源:NASA/JHUAPL/SwRI

天文学家一直在研究使用地基恒星掩星技术对冥王星表面压力的季节性变化。当像月球或行星这样的物体阻挡来自更远的物体的光进入地球时会发生掩星,就像日食一样。通过观察冥王星如何阻挡来自遥远恒星的光线,可以测量有关大气密度,压力和温度的信息。

本报讯 美国宇航局的“新视野”号探测器在7月掠过冥王星时解开了有关这颗矮行星的诸多谜团。然而当地面指挥中心准备引导这架探测器飞向下一个目的地时,行星科学家却正在为搞清一个令人困惑的发现而纠结——冥王星表面的大气压力要远远低于从地球上获得的观测结果。

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一些人曾推测,冥王星的大气压力随着矮行星运行到距离太阳的远端,以及气体冻结为雪落到星球表面而下降。然而最近采集自地球的数据显示并不存在如此戏剧性的转化。

塔斯马尼亚大学的安德鲁科尔在一份声明中说:“我们能够构建冥王星的季节性模型,以及它如何响应太阳周围的太阳光所带来的太阳光变化。” “我们发现,当冥王星距离太阳最远时,在北半球冬季,氮气从大气层中冻结出来。”

科罗拉多州博尔德市西南研究所行星科学家Eliot Young表示:“我觉得很有把握,冥王星还没有开始冻结。”

它已经在冥王星的表面上非常寒冷,表面温度在零下378到零下396华氏度(零下228到零下238摄氏度)之间变化。现在我们知道有些季节比其他季节更冷

在飞越前几周的6月29日,Young组织天文学家在新西兰及澳大利亚观测冥王星从一颗遥远恒星前面掠过。追踪恒星光线如何在穿越过程中变暗提供了冥王星大气中有多少气体的信息。

  • 冷却到足以使大部分大气中的氮气冻结。

利用相同方法,行星科学家注意到冥王星大气从1988年开始正变得越来越密集,而对6月29日的观测结果进行分析后表明,这种趋势依然在持续。Young计算后得出当前冥王星表面的大气压力为22微巴。

而且气氛也随着时间的推移而变化。在过去的三十年里,大气压力增加了三倍。矮行星的模型显示大部分大气将向外凝结,直到几乎没有任何东西残留。 “我们的预测表明,到2030年,整个地球的气氛将逐渐消失并消失,”科尔说。

然而“新视野”号探测器在7月14日测得的冥王星表面大气压力却要低得多——仅为5微巴。SwRI的“新视野”号探测器副项目科学家Cathy Olkin表示:“我们如何将这两者联系起来?我们依然在进行研究。”

如果发生这种情况,它将改变冥王星对我们的看法。氮气冷冻会反射更多的阳光,因此冥王星实际上会在天空中显得更亮。但矮行星的地形也会有所不同。新地平线2015年冥王星任务观测到的颜色,如上图所示的鲜红色地形,可能隐藏在氮霜下。

探测器观测结果与之前估算值之间的差异可能部分缘于科学家进行地基观测所采用的间接方式。这些研究测量的是距离矮行星表面50至75千米的大气压力,研究人员使用假定的大气结构进行计算,并将相关数字转化为地面上的大气压力。

该研究结果很快将发表在“天文学与天体物理学”杂志上,您可以看到关于出版前档案arXiv的论文。

相比之下,“新视野”号探测器通过测定来自地球天线的无线电波在穿过冥王星的大气被弯曲后,如何抵达位于矮行星远侧的探测器,从而测得星球表面压力。

科学家下一步的挑战是在几个描述冥王星大气的竞争性模型中找出哪一个能够最好地调和地基观测与“新视野”号探测器的观测结果。

“我们可能会着眼于这些模型的第一个测试结果,而不是大气的崩溃或一些引人注目的奇特物理学。”“新视野”号探测器无线电测量联合领导人、加利福尼亚州斯坦福大学物理学家Ivan Linscott说,“最后结论仍有待分晓。”

而线索可能依旧来源于“新视野”号探测器。采集自其飞越冥王星那一刻的数据——包括无线电测量的大量信息——大约有95%依然还在探测器上。缓慢的传输速度意味着研究团队不得不花上几个月的时间等待剩余的数据到达地球。其中图像的传输——在7月14日便被暂停——到9月5日才恢复。

在10月的晚些时候,地面指挥中心将点燃“新视野”号探测器的引擎,从而将其送上前往下一个目的地的征程。这颗天体名为2014 MU69,直径约为45千米,位于柯伊伯带。“新视野”号探测器将于2019年新年的那一天从12000千米的高空掠过2014 MU69。

“新视野”号探测器于2006年1月17日发射升空,主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。该探测器将成为人类有史以来最快速的人造飞行物体,它飞越月亮绕地球轨道不到9个小时,到达木星引力区只用了13个月。“新视野”号探测器现在正以每小时约3.1万英里的速度前进。它于美国东部时间7月14日近距离飞过冥王星,成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。

《中国科学报》 (2015-09-08 第2版 国际)

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