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冥王星冷到低下200度,原因竟然是雾霾?

[日期:2017-11-23] 来源:环球科学  作者: [字体: ]

 

  冥王星的大气寒冷彻骨,其温度比一个距离太阳50亿千米的行星还要低。根据新的研究结果,这种现象可能是由笼罩这颗矮行星的烟雾导致的。

  加州大学圣克鲁斯分校的行星科学家张曦说:“冥王星大气的温度低下的主要原因是烟雾。”他和同事们在11月16号发行的《自然》上描述了这个发现。

  NASA的新地平线号探测器在2015年7月飞过冥王星时,发现冥王星大气层温度为-203oC,只比绝对低度高出70度。冥王星的大气温度比之前的预测低大约30度,这个现象对于行星科学家来说是一个很大的谜团。

  找到冥王星大气的运行机制,对于了解太阳系内外的低温行星的大气是十分关键的。科罗拉多州博尔德市西南研究院的行星科学家Leslie Young说:“在我们知道造成低温的原因之前,我们还不能根据现有的研究推测出冥王星其它季节的情况,更不用说其他的天体了。”而Leslie本人并没有参与这项研究。

  烟雾覆盖层

  冥王星的大气主要由氮气构成,也含有少量的化合物,比如甲烷。在行星表面以上500至1000千米高的大气层中,阳光引起了化学反应并将这些气体转化成了固态的碳氢化合物粒子。

  这些粒子接着会向下飘,并在距离冥王星表面大约350千米的地方相互结合形成长链。粒子在到达海拔200千米之前就会形成一层厚厚的雾霾。而这也就是新地平线号探测器看到的包裹着冥王星的东西。

  张曦和同事们比较了大气层中的气体分子和烟雾粒子加热和冷却的效应。早期的研究表明,氰化氢等气体分子的存在可能是冥王星的大气温度比较低的原因。但是张曦的团队发现,只有在模型中加入烟雾才能使结果和新地平线号探测器所测量到的温度吻合。

  张曦说:“较根本的差异就在于粒子的大小。”分子的直径一般小于一纳米,然而烟雾粒子能达到几百纳米。这也就意味着气体和烟雾在吸收太阳能量并将其重新释放时的表现是非常不同的。张曦的研究结果表明烟雾的加热和冷却效率都高于气体。

  马里兰州巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的行星科学家Sarah H?rst说:“这是一个很好的想法。”

  来自巴黎的行星科学家Tanguy Bertrand表示,科学家之前并没有考虑到烟雾可能是导致降温的原因,因为烟雾层并不能阻挡光线。Bertrand曾经和同事Fran?ois Forget研究过冥王星的大气层。Bertrand还说:“我觉得这项研究很有说服力。”

  不同的声音

  但其他的研究人员对冥王星低温大气的成因提出了不同的想法。九月在拉脱维亚的一个研讨会上,亚利桑那大学的行星科学家Roger Yelle就提出了另一种思路。他们团队的模型显示,氰化氢、乙炔和乙烷气体的结合可以降低温度。而这三种气体在冥王星大气中都存在。

  提出不同观点的两个团队仍需要进一步探索,以得出一致的结论。但是在2019年NASA发射詹姆斯·韦伯太空望远镜后,张曦的研究成果就可以得到验证了。如果烟雾粒子确实是冥王星温度下降的主要原因,那么烟雾粒子也会使冥王星在中红外光谱中变得相对明亮。张曦希望用韦伯太空望远镜来观察冥王星,进而验证他们团队的成果。

  撰文 Alexandra Witze

  编译 刘博尧

 

  审校 王妍琳





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