2015年,当新视野号宇宙飞船经过冥王星时,它的图像显示出的众多迷人特征之一是,这个遥远的太阳系中寒冷的小星球有着朦胧的大气层。现在,新的数据有助于解释冥王星的薄雾是如何形成的,它是由37亿英里以外的太阳在不寻常的轨道上移动时形成的。

NASA的红外天文平流层观测台(SOFIA)在飞机上对冥王星进行的远程观测表明,笼罩冥王星的薄薄的薄雾是由非常小的粒子构成的,这些粒子在大气中停留很长一段时间,而不是立即落到冥王星表面上。SOFIA的数据表明,这些薄雾颗粒正在得到积极补充——这一发现修正了冥王星大气层在环绕太阳的248年轨道上进入更寒冷的太空时的命运预测。研究结果发表在科学杂志《伊卡洛斯》上。

“冥王星是一个神秘的天体,总是令人惊讶,”论文的第一作者、麻省理工学院华莱士天体物理观测所所长迈克尔·珀尔说。“在早期的远程观测中,有迹象表明可能存在大气,但直到来自SOFIA的数据才有强有力的证据来证实它的存在。现在我们怀疑冥王星的大气层是否会在未来几年内崩塌——它可能比我们想象的更有弹性。”

SOFIA在2015年7月新地平线号飞越冥王星的前两周研究了冥王星。这架改装的波音747飞机飞越太平洋,在一次掩星期间将近9英尺的望远镜对准了冥王星。掩星是一种类似日食的现象,冥王星经过一颗遥远恒星的前方时,在地球表面投下了一道微弱的阴影。

动画的静止图像,说明冥王星在类似月食的事件(称为掩星)中经过恒星。 2015年6月29日,SOFIA观测到这颗矮行星时,它被一颗恒星暂时照亮,以分析其大气。
来源:NASA

SOFIA用红外线和可见光波段观察了冥王星大气层的中间层,不久之后,新视野号宇宙飞船用无线电波和紫外线探测了冥王星大气层的上层和下层。这些时间如此接近的综合观测,提供了迄今为止最完整的冥王星大气层图像。

蓝色,朦胧的大气

冥王星的大气层主要是氮气,以及少量的甲烷和一氧化碳。随着甲烷和其他气体对阳光的反应,薄雾颗粒在离地表20英里以上的高空形成,然后缓慢地降落到冰冷的表面。

新视野号发回发回的图像显示,冥王星大气层出现了蓝色的薄雾。现在,SOFIA的数据数据填补了更多的细节,发现这些粒子非常小,只有0.06-0.10微米厚,比人类头发的宽度还要小1000倍。由于它们体积小,当它们漂向表面时,散射的蓝光比其他颜色要多,从而产生了蓝色。

2015年7月14日,新视野号宇宙飞船拍摄到冥王星大气层中霾层的高分辨率彩色图像。
来源:NASA/JHUAPL/SwRI

有了这些新发现,科学家们正在重新评估他们对冥王星大气层命运的预测。许多预测表明,随着矮行星远离太阳,更少的表面冰会蒸发——产生更少的大气气体,同时大气继续向太空流失——最终导致大气崩溃。但大气层似乎并没有崩溃,而是以一种较短的周期模式发生变化。

他们利用从SOFIA获得的经验,重新分析了之前的观测结果,包括从SOFIA的前身柯伊伯机载天文台得到的结果,结果显示,薄雾先是变浓,然后消失,形成了一个仅持续几年的周期。这表明微小粒子的产生相对较快。研究人员认为,冥王星不同寻常的轨道导致了薄雾的变化,因此,在调节大气层方面,它可能比它离太阳的距离更重要。

冥王星以长椭圆形(称为椭圆轨道)和一个角度(称为倾斜轨道)环绕太阳。它还在其侧面旋转。这导致矮行星的一些区域在轨道的不同点暴露在更多的阳光下。当富冰地区暴露在阳光下时,大气可能会膨胀并产生更多的薄雾颗粒,但当这些地区接受的阳光减少时,它可能会收缩并变得更清晰。即使冥王星到太阳的距离增加了,这个周期仍在继续,尽管尚不清楚这种模式是否会继续。

“我们仍然有很多不明白的地方,但我们现在被迫重新考虑之前的预测,”珀尔说。“冥王星的大气层崩塌的速度可能比先前预测的要慢,或者可能根本就没有崩塌。我们必须持续监控,才能找到答案。”

2015年6月29日晚,当冥王星的影子以每小时53000英里的速度掠过地球表面时,SOFIA对其进行了研究。对SOFIA的飞行路径进行仔细的规划和实时调整以进行观测,这使科学家能够分析冥王星的大气 层。
来源:NASA

SOFIA,平流层红外天文台,是一架波音747SP喷气客机,经过改装,可搭载直径为106英寸的望远镜。 它是NASA和德国航空航天中心(DLR)的联合项目。NASA位于加州硅谷的艾姆斯研究中心与总部位于马里兰州哥伦比亚的大学空间研究协会和斯图加特大学的德国索非亚研究所(DSI)合作,管理SOFIA计划、科学和任务运作。这架飞机由位于加州帕姆代尔的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼维护和操作。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/sofia-finds-clues-hidden-in-pluto-s-haze

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