關於冥王星的大氣,我們知道什麼?

2021-01-08 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

這個答案可能會隨著數據的下載和分析而改變,數據來自NASA的新視野探測器,我們的冥王星視圖。

我們測量的大氣壓力是10微巴(地球的大氣壓力是1微巴,所以冥王星的大氣壓力是地球的10萬倍)。

圖解:由新視野號拍攝到的冥王星真實色彩照片,攝於2015年7月

根據對其地面冰成分的觀察,我們推斷其大氣主要由分子氮(N2)組成。氮在大氣中很難探測到,因為它不會強烈地發射或吸收任何特定波長的光。

我們測量到大氣中的甲烷濃度只有幾個百分點。

我們測得大氣中一氧化碳的含量約為0.5%。

圖解:新視野號離開之際拍攝的冥王星,顯示大氣層高度大約130千米,而陽光由背後滲出。

以下是我們與《美國工廠》導演朱莉婭·賴歇特(Julia Reichert)和史蒂文·博格納爾(Steven Bognar)談話的四個要點:

根據位置不同,我們測量到,在海拔20公裡(12英裡)的地方,大氣溫度從表面的37開爾文(-393華氏度或-236攝氏度)上升到大約120開爾文(-244華氏度或-153攝氏度)。氣溫在這基礎上的大約另100公裡(62英裡)內保持不變,然後又開始下降。新視野號觀測到的一些地點的表面溫度接近45-50開爾文(20-30華氏度或10-15攝氏度)。

圖解:2015年7月14日,新視野號觀察冥王星的大氣壓力。

我們相信——這仍然是一個活躍的研究領域——大氣壓力可能在1冥王星年(248個地球年)的過程中發生相當大的變化,因為地面冰在陽光下升華到大氣中,在陰影下凝華回表面。甚至有可能出現冥王星的大氣在一年中的某個時候完全凍結在其表面上的情況,儘管我們觀察冥王星的時間還不夠長到來了解是否是如此。計算機模型證明了這個假設。

新視野號觀測到的霾層(可能由碳氫化合物分子構成)高度約為100公裡(62英裡)。

圖解:在冥王星的大氣層中看見超過一打的陰霾層。

冥王星的大氣是圍繞冥王星的稀薄氣體層。它主要由氮氣(N2)、少量的甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)組成,所有這些都是從冥王星地面冰中升華出來的。它含有分層的薄霧,可能由這些氣體由於高能輻射而形成的較重的化合物組成。冥王星的大氣因其軌道和軸向自轉的特性所引起的強烈而不完全規則的季節變化而顯著。

圖解:新視野號在日食的情況下檢視冥王星的大氣層。

「新視野」號在2015年測得冥王星的表面大氣壓力大約是1 Pa(10μbar),約少於地球的大氣壓力的100000倍。地表溫度為40至60k(- 230至- 210°C),但由於甲烷產生的溫室效應,它隨海拔高度迅速增長。在海拔30公裡處,它達到110公裡(- 163°C),然後緩慢下降。

冥王星是唯一已知有大氣層的外海王星天體。與它最相似的是海衛一的大氣層,儘管在某些方面它甚至與火星的大氣層類似。

圖解:冥王星的大氣有數層陰霾。

自20世紀80年代以來,一直是通過地球上對冥王星的恆星掩星的觀測和光譜學來研究冥王星的大氣。2015年,新視野號宇宙飛船對它進行了近距離的研究。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.forbes- Penelope

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