位置:首页 >  知识藏馆 > 正文内容

我们及时到达冥王星:它的空气开始冻结

2015年7月,前往外太阳系的“新地平线”号任务飞过冥王星,经过50亿公里的飞行,掠过冥王星表面仅12500公里,返回了这个微小、冰冷世界的令人难以置信的图像和数据。

这项任务是在创纪录的时间内构思、设计、建造和发射的,因为科学家希望尽快到达冥王星。为什么?因为冥王星绕太阳公转的轨道是椭圆的,大约在1989年,它是离太阳最近的一点。在那之后,随着它在248年的轨道上慢慢地离开,它会慢慢地变冷。冥王星的氮气层非常薄,只有地球的1/100000厚,但它确实存在。然而,随着温度的下降,科学家们担心当探测器到达那里时,它会冻结。

事实证明,他们及时赶到了。当“新地平线”悄然而过时,这里的气氛仍在发挥作用。然而,到2018年,有证据表明大气开始凝结。

2018年8月15日,从地球上看,冥王星直接经过恒星UCAC4 341-187633的前面,这颗恒星只比冥王星本身稍亮一点。像这样的事件被称为掩星,这对天文学家非常有用;有时给出遮挡对象的大小甚至形状。

对于掩星来说,时间和地点就是一切。它形成了一条穿过地球的路径,就像日食一样,在这条路径内你可以看到它,而在外面你看不到。2018年冥王星掩星的南界是中美洲的伯利兹和危地马拉,北界横穿美国北部。这颗恒星穿过冥王星的中心线,穿过墨西哥湾海岸,然后到达东大西洋各州。

有几个观测者能够测量这颗恒星的亮度。如果冥王星没有大气层,当世界的固体从它前面经过时,恒星的亮度会迅速下降。但是大气层就在那里,实际上离地表相当高,所以随着时间的推移,恒星逐渐变暗,亮度再次上升。这可以告诉科学家大气的垂直结构,这在描述大气特性方面非常有用。

图中显示的情节也显示了事件中间亮度的急剧上升。空气使光线弯曲,就像汤匙在一杯水中弯曲一样。这叫做折射。当这颗恒星正好位于冥王星的另一边,冥王星中心的正后方时,世界边缘的空气使星光向观测者弯曲,造成所谓的中心闪光。如果你通过一个足够大的望远镜观察,它会看起来像冥王星被一个明亮的光环包围着。这在掩星中很常见,掩星中遮挡的物体有大气;例如,海王星的卫星海卫一就是这样。这道闪光还可以告诉天文学家很多有关该天体大气层的信息。

结果如何?2015年,当“新地平线”号经过冥王星时,大气层实际上变得越来越厚,表面压力每十年翻一番。航天器测量到的表面压力约为11.5微巴(地球海平面压力的11.5百万分之一)。鉴于这一趋势,2018年的测量值预计将超过14微巴。

事实并非如此:掩星产生了11.4微巴的压力,几乎与新视野所看到的完全相同。这表明压力上升的趋势终于停止了。

冥王星的大气与地球的大气不同,地球的大气已经达到平衡,压力保持相对恒定*。冥王星的大气层是由其表面的氮冰升温升华而形成的,并转化为气体。这种情况发生的速度与温度密切相关。冥王星的轨道距离太阳约45亿公里,因此它在近日点(离太阳最近)和远日点(离太阳最远)获得的太阳光几乎是远日点的三倍。这意味着,当它开始向外移动时,温度下降到足以使氮气停止升华,而过程反过来,空气中的氮气开始冻结,重新流出。

但为什么是现在?毕竟,冥王星在掩星发生前近30年离太阳最近!

原因是热惯性。冥王星在1989年接收到了最多的阳光,但即使它(非常缓慢)远离太阳,它仍然接收到阳光,并且升温速度比它辐射出去的温度快(好吧,-230°C并不完全是温暖,但你知道我的意思)。所以它需要一段时间才能真正开始再次冷却。这一定是在新地平线公司到达那里后不久才开始的。

好时机。我会注意到,就在“新地平线”号飞越地球之前,2015年的一次掩星观测显示,大气并未崩溃,结果于2020年公布(并于2021年初公布)。所以,有趣的是,在分析这些观测结果时,2018年的掩星已经显示空气正在崩溃!有时科学需要一段时间,结果可能会相互交叉。

如果2018年掩星结果显示大气开始冻结是正确的,那么冥王星在尽可能接近太阳后终于开始冷却。在未来几十年中,它的轨道将把它带到更远的地方,当它下一次到达aphelion时——大约在2213年——它将变得和现在一样冷。大气将大部分冻结,并可能继续保持这种状态一个多世纪,然后随着微弱的阳光温暖地表,慢慢开始再次膨胀。

希望在那之前我们会发送更多的探测器(甚至是人)。

*有一些相似之处;两者大部分都是氮,都能创造蓝天。此外,地球上的空气确实有一点冻结;我们就是这样下雪的。但这种情况发生在冬天,这是由于地球的轴向倾斜,而不是因为它离太阳太远。

版权声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益, 请作者持权属证明与本网联系,我们将及时更正、删除,谢谢您的支持与理解。

佳佳看世界

佳佳看世界