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科学家解析冥王星之“心”

图片来源:NASA/JHU APL/SwR

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如果单独的气体分子变得足够热并且达到逃逸速度,所有行星都会失去一小部分进入太空的大气。在美国宇航局新视野号宇宙飞船于去年7月掠过冥王星之前,科学家曾以为这颗矮行星富含氮的大气正在以每秒1027个分子的速度消失到太空中。

冥王星上的“心” 图片来源:NASA/JPL/SRI

不过,来自此次“邂逅”的数据显示,由于大气层高处冷却作用的影响,大气的逃逸速度实际上要低4个数量级。科学家在日前出版的《科学》杂志上报告了这一发现。

betway88,美国宇航局的“新视野”号探测器在2015年7月飞越冥王星时,在这颗矮行星的赤道北部发现了一个心形的特征。如今,研究人员正在逐渐摸清这个巨大的冰盖如何驱动冥王星从冻结表面到稀薄大气的大部分活动。

一种解释是像雾一样的极厚烟雾粒子层充当了冷却剂,吸收并释放否则将加热大气层中氮气分子的太阳能。另一种可能的解释是氰化氢——
一种最近由智利阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列望远镜在冥王星大气层中探测到的高效冷却剂。无论是何种机制,寒冷、稠密的大气层有助于解释为何冥王星拥有像史泼尼克平原一样的特征。史泼尼克平原位于冥王星核心处,主要由氮冰构成。

行星科学家在日前于加利福尼亚州帕萨迪纳市召开的美国天文学会行星科学部与欧洲行星科学大会联席会议上发布了他们的最新研究成果。其中大部分的发现都围绕冥王星上的斯普特尼克平原,后者是构成矮行星心形特征左半部的一片冰冻的广阔区域。

如果最新计算得出的逃逸速率在太阳系45.6亿年前的历史中一直保持着稳定,冥王星会失去仅相当于6厘米厚氮冰的大气层,尽管由于冥王星轨道和倾斜度的变动,这一速率在过去可能更高。

密苏里州圣路易斯市华盛顿大学行星科学家William
McKinnon表示:“所有的路都指向斯普特尼克平原。”

另一项日前发表于《科学》杂志的研究表明,寒冷、高密度的大气层还解释了为何仅有少量大气同太阳风发生碰撞。除了对大气层和近太空环境进行研究,还有另外3项研究发表在同一期《科学》杂志上。一项研究聚焦的是冥王星的地质特征,包括提出了有两座山实际上是曾喷出过冰的冰火山的想法。另一项研究关注的是冥王星及其最大卫星“卡戎”的化学构成。第3篇论文分析了冥王星的4个形状不规则的较小卫星:斯提克斯、尼克斯、科伯罗斯和许德拉。

研究人员已经知道斯普特尼克平原大部分是由氮冰构成,并形成了巨大的冰川。但其庞大的规模——1000公里宽并且至少几千米深——意味着该平原将对矮行星的运转发挥重要的影响。

这颗“心”甚至在自己的一侧给了冥王星狠狠一击。在此次会议上,图森市亚利桑那大学James
Tuttle
Keane展示了这一心形特征如何改变了冥王星的倾斜角度。斯普特尼克平原最初可能是由一颗巨大陨石撞击形成的陨石坑,之后又被氮冰所填满。

Keane指出,冰的质量使得矮行星相对于其自转轴发生了旋转,最终使得斯普特尼克平原长期不变地面向冥王星最大的卫星——卡戎。他说:“冥王星一直追随着自己的‘心’。”

斯普特尼克平原同时还对冥王星复杂的大气造成了影响。挥发的化学物质,例如氮、甲烷和一氧化碳一开始位于冥王星表面,而当温度上升,它们便会升华到大气中。随着大气变冷,挥发性气体凝结并落回到冥王星表面,进而为后者裹上了一层“霜”。如今冥王星正在远离太阳,所以其温度会越来越冷。

新数据同时也揭示了冥王星表面发生的季节性霜冻现象。利用“新视野”号探测器上装载的红外遥感仪器,马里兰大学行星科学家Silvia
Protopapa绘制了氮与甲烷在冥王星表面的分布地图。当其中任何一种物质占主导地位时,冰便会以混合物的形式出现。

在斯普特尼克平原,温度与阳光相结合从而形成了一个由氮统治的世界。而再向北,在北纬55度及以北的地区,持续的夏季阳光似乎会剥离大部分的氮,从而在冥王星的北极形成了甲烷冰。

Protopapa说:“在过去的20年中,阳光一直持续照在冥王星的北部。”该研究已经在《伊卡洛斯》期刊上发表。

在创纪录的飞越之后,“新视野”号探测器一直在缓慢地将数据传回地球,而10月22日至23日的夜晚,所有的数据已传输完毕。这些数据将向科学家展示冥王星周围广阔的黑暗空间,而其中必将埋藏着许多未知的秘密。

冥王星曾被看作太阳系第九大行星。但国际天文学联合会于2006年对大行星重新定义,冥王星被“开除”而降级为矮行星。冥王星体积很小且与地球相距遥远,人们对它知之甚少。

“新视野”号探测器于2006年1月17日发射升空,主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。该探测器将成为人类有史以来最快速的人造飞行物体,它飞越月亮绕地球轨道不到9个小时,到达木星引力区只用了13个月。“新视野”号探测器现在正以每小时约3.1万英里的速度前进。它于美国东部时间2015年7月14日近距离飞过冥王星,成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。

近距离飞掠冥王星后,“新视野”号探测器还将继续前行,进入太阳系边缘神秘的柯伊伯带,那里可能隐藏着数以千计的冰冻岩石小天体。如果一切顺利,“新视野”号将成为人类第一个探索柯伊伯带的深空探测器。

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