这张照片是2015年新视野号(New Horizon)飞越这颗矮行星时拍摄到的数据,照片中还有比加菲塔·蒙特斯(Pigafetta Montes)山脉的特写镜头。右边的颜色表示甲烷的浓度,高海拔地区的高浓度甲烷冰为红色,低海拔地区的低浓度甲烷冰为蓝色。
来源:NASA/JHUAPL/SwRI and Ames Research Center/Daniel Rutter

2015年,新视野宇宙飞船飞越冥王星时,发现冥王星上的山脉被甲烷冰覆盖,形成了明亮的沉积物,与地球上发现的白覆盖的山脉惊人地相似。

由国际科学家组成的团队进行的新研究,包括位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心(Ames research Center)的研究人员,利用的新视野号冥王星气候的数据模拟分析了冥王星大气和地表,显示了这些冰帽的形成过程与地球上的完全不同。

“在地球和冥王星上,两种非常相似的地貌是由两种非常不同的过程形成的,这一点尤其值得注意,”坦基·伯特兰(Tanguy Bertrand)说,他是艾姆斯学的博士后研究员,也是详细阐述这些结果的论文的第一作者,该论文发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。“虽然理论上像海王星卫星海卫一(Triton)这样的天体可能会有类似的过程,但在我们的太阳系中,除了地球以外,没有其他地方有像这样的冰雪覆盖的山脉。”

在我们的星球上,大气温度随着高度的升高而降低,这主要是由于空气在上升运动中膨胀而引起的冷却。寒冷的大气反过来又降低了地表的温度。当一股潮湿的风接近地球上的一座山时,它的蒸气冷却凝结,形成,然后形成山顶上看到的雪。但在冥王星,情况正好相反。这颗矮行星的大气层实际上会随着海拔的升高而变暖,因为甲烷气体在更高的地方更集中,会吸收太阳辐射。然而,大气层太薄,无法影响保持恒定的表面温度。与地球上向上的风不同,在冥王星上,沿山坡向下的风占优势。

为了了解在不同的材料和不同的条件下,同样的地貌是如何产生的,研究人员在法国巴黎的气象实验室开发了一个冥王星气候的3D模型,模拟了随着时间的推移的大气和冥王星表面。他们发现,在较高的温度和高度,冥王星的大气中含有更多的气态甲烷,这使得这些气体能够饱和、凝结,然后直接在山顶冻结,而不会形成任何云。在低海拔地区,没有甲烷霜冻,因为气态甲烷含量较少,不可能发生冷凝。

这个过程不仅在冥王星的山上形成了甲烷冰盖,而且在陨石坑的边缘也形成了类似的特征。这个循环也解释了在冥王星赤道附近的塔塔鲁斯多尔萨地区发现的神秘的叶片状地形。

“冥王星确实是最好的自然实验室之一,我们可以探索固态和气态之间定期过渡的化合物与行星表面相互作用时所涉及的物理和动力学过程。”贝特朗说,“新视野号的飞掠揭示了惊人的冰川景观,我们将继续从中学习。”

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/ames/pluto-ice-caps

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