關(guān)于冥王星的“瘋狂想法”剛剛在科學(xué)界首次得到證實(shí)

當(dāng)新視野號宇宙飛船在 2015 年掠過冥王星和卡戎時，它揭示了冥王星上兩個極其復(fù)雜的世界和活躍的大氣層。這些快照重新定義了我們對系統(tǒng)的理解。

現(xiàn)在，使用 2022 年和 2023 年拍攝的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 （JWST） 的新觀測表明，冥王星的大氣層與太陽系中的任何其他大氣層都完全不同。

首先，它包含霧霾顆粒，這些顆粒在加熱和冷卻時會上升和下降。

冥王星的大氣層是由氮、甲烷和一氧化碳組成的復(fù)雜霧霾。根據(jù) JWST 數(shù)據(jù)，霧霾顆粒在加熱和冷卻時控制大氣的能量平衡。這是非常不尋常的，在其他太陽系世界中從未見過。

這些觀測結(jié)果的靈感來自天文學(xué)家張習(xí)（加州大學(xué)圣克魯斯分校）在2017年提出的一個想法。

“這是一個瘋狂的主意，”張說.

然而，他和合著者在澎湃新聞有足夠的信心預(yù)測，如果一團(tuán)霧霾正在冷卻冥王星，它應(yīng)該會發(fā)出強(qiáng)烈的中紅外輻射。如果是這樣，那么紅外敏感望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該能夠“看到”這種現(xiàn)象。

受這一預(yù)測的啟發(fā)，由巴黎天文臺的 Tanguy Bertrand 領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用 JWST 研究了冥王星大氣熱平衡的霧霾控制。

“我們真的很自豪，因?yàn)樗C實(shí)了我們的預(yù)測，”張說.“在行星科學(xué)中，在短短幾年內(nèi)如此迅速地證實(shí)一個假設(shè)并不常見。所以我們感到非常幸運(yùn)，也非常興奮。

冥王星、卡戎和它們的大氣層

冥王星的大氣層是氮、甲烷和一氧化碳的化學(xué)混合物。相比之下，卡戎沒有明顯的大氣層，盡管它可能會出現(xiàn)季節(jié)性的釋氣。

我們在“新視野號”飛越圖像和數(shù)據(jù)中看到的冥王星霧霾是氮?dú)夂图淄楣饣瘜W(xué)的一個活躍實(shí)驗(yàn)。在這方面，它類似于我們在巨人.

要了解該實(shí)驗(yàn)的運(yùn)作方式，需要比“新視野號”航天器所能完成的更長期的觀察。

JWST 在 2022 年對冥王星和卡戎的觀測將 MIRI 儀器集中在冥王星的霧霾和大氣上。它還在這兩個領(lǐng)域測量了 18、21 和 25 微米。

然而，為了真正了解冥王星的大氣活動，科學(xué)家們只想獲得有關(guān)冥王星大氣的數(shù)據(jù)。2023 年，MIRI 將注意力轉(zhuǎn)向冥王星，并提供了中紅外（4.9 - 27 微米）范圍內(nèi)的大氣和霧霾數(shù)據(jù)。這使科學(xué)家能夠更全面地了解冥王星的大氣變化和活動。

結(jié)果揭示了冥王星和卡戎在自轉(zhuǎn)過程中表面熱輻射的變化——即溫度變化。

通過將這些數(shù)據(jù)與兩個世界的熱模型進(jìn)行比較，研究人員能夠?qū)ね跣呛涂ㄈ植煌瑓^(qū)域的熱慣性、發(fā)射率和溫度施加強(qiáng)有力的約束。這些特性推動了冥王星上的全球冰分布，并將物質(zhì)從冥王星推向卡戎。

整個表面揮發(fā)性冰分布的季節(jié)性周期推動了冰沉積物在冥王星表面的遷移。這幾乎就像各種冰沉積物被“撿起”并重新分配到其他地方。其中一些物質(zhì)也完全從冥王星中拉出并沉積在卡戎上。

據(jù)科學(xué)家所知，這在太陽系的其他任何地方都不會發(fā)生。

控制溫度

新數(shù)據(jù)顯示，冥王星的大氣層在太陽系的行星大氣層中是獨(dú)一無二的。它的輻射能量平衡——即入射陽光與其向太空的熱量損失之間的平衡——主要由霧霾粒子控制，而不是像其他世界那樣由氣體分子控制。

根據(jù) Zhang 的說法，這使得冥王星的研究更加有趣。它還對地球的早期大氣層提供了一些了解，該大氣層幾乎完全是氮和碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?/p>

“通過研究冥王星的霧霾和化學(xué)成分，我們可能會對使早期地球適合居住的條件獲得新的見解?！?a>他說.

JWST 研究只是了解冥王星大氣中相互作用的復(fù)雜性及其對 Charon 上發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)的貢獻(xiàn)的第一步。

“冥王星位于行星大氣行為范圍內(nèi)一個非常獨(dú)特的位置。因此，這讓我們有機(jī)會擴(kuò)大對霧霾在極端環(huán)境中表現(xiàn)的理解。張解釋道.

“不僅僅是冥王星——我們知道海王星的衛(wèi)星 Triton 和土星的衛(wèi)星泰坦也有類似的氮?dú)夂吞細(xì)浠衔锎髿鈱?，充滿了霧霾顆粒。所以我們也需要重新考慮他們的角色。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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