冥王星表明詭異氣象，和地球截然相反，卻造就了相同的現象

2020-11-02 姿勢分子knowledge

整整90年前，美國天文學家湯博發現了冥王星這個距離我們遙遠的天體。到了85年後，美國的新地平線號探測器才在2015年7月14日成為了首個近距離探測冥王星的太空飛行器，以12500公裡的距離對冥王星進行了探測。

雖然它早就離開冥王星，繼續進行它的深空之旅，但新地平線號留下的觀測數據等信息依然能夠給天文學家大量可供研究的內容。最近，在對冥王星表面的雪山進行研究的時候，他們發現了有趣的事情。和地球不一樣，冥王星的雪上並不完全是被水覆蓋的，其中大部分是固態的氮和甲烷。正是這些成分的不同，造就了冥王星獨特的雪山特徵。

（圖片說明：冥王星暗赤道帶南側，圖中覆蓋在冥王星山脈上的不是雪水，而是甲烷）

對於這些被冷凍的甲烷，美國宇航局艾姆斯研究中心的博士後研究員Tanguy Bertand非常感興趣，他在由法國國家科學研究中心（CNRS）成員領導的研究小組中參與了相關的研究，破解了其中的謎題。

作為距離太陽最遠的天體之一，冥王星表面的平均溫度只有-223 ℃，僅比絕對零度高50℃。在這種溫度下，沸點為-161.5 ℃的甲烷凍結本不是稀奇事。不過，雖然冥王星擁有大氣層，但是極為稀薄。另一方面，冥王星的大氣層以氮氣為主，一氧化碳和甲烷的含量非常低。因此，僅僅憑藉著大氣層中的甲烷，是不足以解釋我們觀測到的冥王星表面的。在這種情況下，它是如何在自己的山脈上積累這麼多甲烷的呢？

在反覆研究和分析之後，研究人員利用他們建立的氣候模型，解釋了這些被冰封的甲烷的來歷。

在地球上，隨著海拔的升高，溫度會越來越低，這是絕熱冷卻造成的結果。簡單描述就是：隨著空氣越來越升高，由於氣壓減小，氣體體積也隨之膨脹，在這個過程中需要對外做功，最終在宏觀上就會表現為溫度的下降。我們平時看到的雲層、雨雪等氣象，也基本上都是在絕熱冷卻的原理下形成的。

但是，在冥王星上卻恰恰相反。如果你能登陸冥王星，當你爬山的時候，會發現越高的地方反而越溫暖。這是因為，冥王星沒有地球這樣的濃厚大氣層，因此越高的地方越能夠接收到太陽的輻射。與此同時，甲烷比氮氣輕，所以也普遍集中於高處。而甲烷又是溫室氣體，所以較高的位置上溫度也更高一些。

（圖片說明：新地平線號拍攝的冥王星克蘇魯地區）

在距離地表只有幾千米的位置，是固態氮經常升華的位置，這也會帶走低海拔地區的熱量，增加兩個位置的溫差。

於是，和地球的風經常向上走截然相反，冥王星表面的空氣經常向下流動。研究人員的模擬表明，這種現象在整個冥王星上都非常常見，而是隨時隨地都在發生。相反的，地球上的氣體則是在高空遇冷凝結，所以我們的積雪都集中在山頂。

奇怪的是，雖然冥王星上的風和地球是相反的，但它的甲烷雪並沒有被冰封在低海拔地區，反而和地球一樣留在了山頂。這就非常奇怪，為何不同的機制卻造成了相同的結果呢？

研究團隊指出，在冥王星，甲烷經常集中在高海拔地區，形成了一種獨特的大氣循環。這種循環是隨季節而改變的，並且受到地表的升華過程所驅動，他們把這種過程命名為"升華誘導的循環單元"。當甲烷集中到了飽和點時，就會變成雪落在山上。

接下來，還有一個滾雪球的過程。當甲烷以固態形式被封鎖在地表之後，就會增加對陽光的反射率，減少吸收的熱量，進而更加降低溫度，累積更多被冰封的甲烷。

該團隊在研究過程中模擬圖像如下圖所示，圖中展示了甲烷的晝夜平均混合比率。黑色線表示的是地面風，它可以促進甲烷的集中，顏色越紅代表甲烷濃度越高，並且可以在山頂形成甲烷雪。

研究人員在論文中寫道：「總而言之，根據我們的模型，冥王星山頂的甲烷冰的形成是來自於一個和地球上山峰上的雪蓋完全不同的過程而造就的。兩種不同的材料在兩種不同的現象下，竟然造就了相同的景致，這的確是非常驚人的。」

這只是我們對於冥王星的最新認識，自從新地平線號探測器飛掠冥王星開始，我們就對這顆矮行星刮目相看。這樣的近距離探測，讓我們獲得了冥王星的大氣、地形、內部結構、氣候等方方面面的重要數據和信息。目前，科學家們仍然在處理它傳回來的其他數據，沒有人知道接下來我們還會有哪些重要的發現。

在完成了對冥王星的飛掠後，新地平線號探測器最後回望了這顆矮行星一眼，拍下了這「日薄西山」的一幕。照片中右側是冥王星的Sputnik Planitia平原，一馬平川，十分遼闊；左側是崎嶇的山脈，最高可達3500米。兩種不同的地貌在同一張圖片裡向我們展示著冥王星表面也擁有不遜於地球的壯觀景象。在這些複雜的地貌之下，冥王星還很有可能隱藏著一個巨大的液態海洋。

不論是這些壯觀的景象，還是它們所蘊含的秘密，都讓天文學家們深深地著迷於冥王星。因此，很多人都提出，希望能夠再次發射探測器，前去探索冥王星，而且希望能夠同時發射軌道器和著陸器，探尋這個冰凍世界的秘密，而不是像新地平線號一樣只是匆匆飛過。

可是，理想很豐滿，現實卻不一定盡如人意。每個國家的宇航局都有著自己的計劃，有他們自己想要首先探索的星球。至於什麼時候能夠輪到冥王星，那就不知道了。再考慮到地球到冥王星之間數十億公裡的漫漫長路，我們恐怕最近十年甚至二十年裡都無法再看到新的冥王星近照了……

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