關于冥王星的“瘋狂想法”剛剛在科學界首次得到證實

當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。

這些觀測結果的靈感來自天文學家張習(加州大學圣克魯斯分校)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測,如果一團霧霾正在冷卻冥王星,它應該會發(fā)出強烈的中紅外輻射。如果是這樣,那么紅外敏感望遠鏡應該能夠“看到”這種現(xiàn)象。

受這一預測的啟發(fā),由巴黎天文臺的 Tanguy Bertrand 領導的天文學家團隊使用 JWST 研究了冥王星大氣熱平衡的霧霾控制。

“我們真的很自豪,因為它證實了我們的預測,”張說.“在行星科學中,在短短幾年內(nèi)如此迅速地證實一個假設并不常見。所以我們感到非常幸運,也非常興奮。

來自 New Horizons 獲得的圖像的 Pluto 和 Charon 的全球馬賽克。(美國宇航局/約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所)

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氣和甲烷光化學的一個活躍實驗。在這方面,它類似于我們在巨人.

要了解該實驗的運作方式,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,科學家們只想獲得有關冥王星大氣的數(shù)據(jù)。2023 年,MIRI 將注意力轉向冥王星,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)。這使科學家能夠更全面地了解冥王星的大氣變化和活動。

結果揭示了冥王星和卡戎在自轉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行比較,研究人員能夠對冥王星和卡戎不同區(qū)域的熱慣性、發(fā)射率和溫度施加強有力的約束。這些特性推動了冥王星上的全球冰分布,并將物質從冥王星推向卡戎。

這張冥王星(右下)和卡戎(左上)的增強彩色圖像合成圖是由新視野號于 2015 年 7 月 14 日穿過冥王星系統(tǒng)時拍攝的。(美國宇航局、APL、SwRI)

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。其中一些物質也完全從冥王星中拉出并沉積在卡戎上。

據(jù)科學家所知,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氫化合物的混合物。

“通過研究冥王星的霧霾和化學成分,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雜性及其對 Charon 上發(fā)現(xiàn)的物質的貢獻的第一步。

“冥王星位于行星大氣行為范圍內(nèi)一個非常獨特的位置。因此,這讓我們有機會擴大對霧霾在極端環(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氣和碳氫化合物大氣層,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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