許多方面，冥王星是一個古怪的人。坐在太陽系邊緣，人們一直認為這個小小的世界只不過是一片冰凍的荒地。然而，當三年前美國宇航局的新視野號飛越矮行星時，宇宙飛船發現了一個活躍多變的景觀。在冥王星上，光滑的冰川平原讓位於高聳的山脈和冰噴火山。
其中最引人注目的特徵是冥王星脆弱氣氛的複雜性和活力。在飛越之前，研究人員知道冥王星的大氣層由氮和甲烷控制，非常薄。但幾十年的遙遠研究留下了許多未知的屬性，例如確切的表面壓力，甚至冥王星如何能夠完全依賴它的大氣層。
新視野幫助解決了許多這樣的謎團，揭示了冥王星大氣層與其迷人的地質和表面化學的密切聯繫，蘭迪格拉德斯通說，他是聖安東尼奧西南研究所（SwRI）的行星科學家，也是新視野大氣的領導者球隊。
冷卻大氣的永久陰霾在塑造冰冷的景觀中起著重要作用。大氣層也經歷了被稱為大型季節的周期，持續數百萬年。這些長期的天氣模式促使冥王星的一些外星景色的形成：作為刀具的尖銳的山脊，甲烷冰粒的沙丘和液氮的冰凍湖泊。
從冥王星飛越中出現的最大科學驚喜之一是矮行星大氣層的新細節。這張由新地平線拍攝的冥王星地平線附近的圖像顯示了十幾層陰霾。 在New Horizons之前，瞥見冥王星氣氛的唯一方法就是在掩星期間。從地球上可以看出，冥王星偶爾會在一顆遙遠的恆星前面經過，導致恆星的光線略微變暗。從1988年開始，天文學家在冥王星上訓練瞭望遠鏡，因為它的大氣層向星光傳遞了明顯的線索，表明它的氣體包括氮氣，甲烷和一氧化碳。觀測結果還表明冥王星具有明顯的大氣層。
儘管冥王星的表面溫度是北極零下231攝氏度，但研究人員預測，大氣層中應該有一個相對溫和的層，其峰值在零下173攝氏度左右。但是在這個溫度下，氮和甲烷分子會有足夠的能量射向太空。
New Horizons解釋了為什麼他們沒有。探測器檢測到當紫外線照射甲烷時產生的菸灰狀物質，產生更複雜的碳化合物，如乙炔，乙烯和乙烷。它們粘在一起形成薄霧的蓬鬆小聚集體，在一些New Horizons圖像中添加了可見的藍色調。通過吸收紅外線，陰影霧度使大氣溫度保持在零下203攝氏度，防止其升溫並蛻變到太空中。
該太空飛行器記錄了多達20個不同的大氣層，「令人驚嘆，」科羅拉多州博爾德市SwRI校園的行星科學家Catherine Olkin說。
如果沒有薄而保護的大氣塗層，冥王星的表面將直接暴露在太陽的強烈輻射下。冰冰會升華，可能會讓世界變成乾燥的外殼而不是新視野所見的活躍身體。
冥王星的心臟（Tombaugh Regio）冰冷的冰川在紅色的，火山口豐富的Cthulu地區結束，據說類似於鯨魚。自「新視野號」以來，科學家們已經對冥王星的表面被大氣形成多少有了新的認識。冥王星的一些色彩繽紛的表面特徵也可以追溯到陰霾。甚至在新視野之前，哈勃太空望遠鏡的圖像就顯示出高對比度，斑駁的景觀。「冥王星真正有趣的事情之一就是你有一些最暗，最反光的表面，旁邊是一些最黑暗的，」劍橋麻省理工學院的行星科學家Alissa Earle說。
飛越任務拍攝了一個巨大的白色心形區域，該團隊在冥王星的發現者Clyde Tombaugh之後命名為Tombaugh Regio。旁邊就是一個暗紅色的區域，讓人想起鯨魚，叫做Cthulhu Macula。較暗的區域被甲狀腺覆蓋，複雜的有機分子形成甲烷，氮氣在大氣中相互作用，隨後下降到地表，積累過度。較輕的Tombaugh Regio似乎更具地質活躍性，氮冰冰川從山峰和多邊形裂縫中溢出，暗示著冰下巨大的海洋。翻騰的冰塊混合了塵土飛揚的tholins，使Regio的表面更加明亮。
冥王星不僅在其軸上傾倒，與太陽相比橫向旋轉，它還沿著傾斜的偏心軌道移動，該軌道的長度在數百萬年內發生變化。軌道波動和傾斜影響其大季節。 冥王星的傾斜進一步影響了大氣和表面的相互作用。研究人員知道，與地球上適度的23度相比，冥王星的旋轉軸傾斜遠遠超過120度。冥王星的音高意味著幾乎整個半球都暴露在季節性的極端情況下，相當於整個北美和歐洲接受了幾個月幾乎無盡的日光，然後是接近幾個月的近乎永恆的黑暗。而且因為冥王星圍繞太陽的旅程持續了248個地球年，每個季節都持續了一個多世紀。
冥王星的軸向傾斜隨著時間的推移而變化，在近300萬年中在103度和127度之間變化。行星軌道的長度和方向也在近400萬年的周期內振蕩，改變了地表各部分接收的太陽光量。最近的研究表明，在過去的不同時期，冥王星的氣候可能大不相同。在大型季節溫暖的咒語中，冥王星的氣氛可能已經厚達100倍，使其表面壓力與現今的火星相似。
雖然冥王星的軌道周期已經在New Horizons遇到之前得出，但探測器提供了大型季節效應的例子。「我真的不知道如何在沒有更濃厚的氣氛的情況下解釋表面上看到的所有東西，」博爾德的博瑞的行星科學家和任務首席研究員艾倫斯特恩說。「有太多奇怪的證據。」
在宇宙飛船的照片中看到的一個特徵是所謂的刀刃地形或蛇皮 - 高達1000米高的剃刀薄的脊，看起來像「有人打開了一個抽屜，把所有的刀子用鋒利的邊緣向上翻轉」，美國宇航局位於加利福尼亞州莫菲特球場的艾姆斯研究中心的地質學家傑弗裡摩爾說。
甲烷冰結構僅在赤道附近和最高海拔處形成。在研究了大型季節如何改變地表不同部分的溫度之後，摩爾得出結論，在較冷的時期，甲烷冰可能會沉積在這些地方。在溫暖的現代環境中，這些街區現在正在被侵蝕和雕刻。
冥王星的大季節中更溫暖的咒語也可以解釋其他奇怪的特徵，例如似乎凍結在液氮湖上的小點，這可能需要更厚的氣氛來形成。在風力和其他力量的作用下，在當前的氣候條件下，看起來像是由沙子狀的甲烷或氮冰製成的沙丘的地形可能會形成，但更厚的氣氛會使它變得更容易。
在1930年被發現時，冥王星只不過是天文照片中的模糊斑點。「我認為在不到100年的時間裡它從一個光點變成了我們能夠研究的這個真正令人驚嘆的地質世界，這真是太神奇了，」厄爾說。