當新視野號宇宙飛船在 2015 年掠過冥王星和卡戎時，它揭示了冥王星上兩個極其復雜的世界和活躍的大氣層。這些快照重新定義了我們對系統的理解。

現在，使用 2022 年和 2023 年拍攝的詹姆斯韋伯太空望遠鏡 （JWST） 的新觀測表明，冥王星的大氣層與太陽系中的任何其他大氣層都完全不同。

首先，它包含霧霾顆粒，這些顆粒在加熱和冷卻時會上升和下降。

冥王星的大氣層是由氮、甲烷和一氧化碳組成的復雜霧霾。根據 JWST 數據，霧霾顆粒在加熱和冷卻時控制大氣的能量平衡。這是非常不尋常的，在其他太陽系世界中從未見過。

這些觀測結果的靈感來自天文學家張習（加州大學圣克魯斯分校）在2017年提出的一個想法。

“這是一個瘋狂的主意，”張說.

然而，他和合著者在澎湃新聞有足夠的信心預測，如果一團霧霾正在冷卻冥王星，它應該會發出強烈的中紅外輻射。如果是這樣，那么紅外敏感望遠鏡應該能夠“看到”這種現象。

受這一預測的啟發，由巴黎天文臺的 Tanguy Bertrand 領導的天文學家團隊使用 JWST 研究了冥王星大氣熱平衡的霧霾控制。

“我們真的很自豪，因為它證實了我們的預測，”張說.“在行星科學中，在短短幾年內如此迅速地證實一個假設并不常見。所以我們感到非常幸運，也非常興奮。

冥王星、卡戎和它們的大氣層

冥王星的大氣層是氮、甲烷和一氧化碳的化學混合物。相比之下，卡戎沒有明顯的大氣層，盡管它可能會出現季節性的釋氣。

我們在“新視野號”飛越圖像和數據中看到的冥王星霧霾是氮氣和甲烷光化學的一個活躍實驗。在這方面，它類似于我們在巨人.

要了解該實驗的運作方式，需要比“新視野號”航天器所能完成的更長期的觀察。

JWST 在 2022 年對冥王星和卡戎的觀測將 MIRI 儀器集中在冥王星的霧霾和大氣上。它還在這兩個領域測量了 18、21 和 25 微米。

然而，為了真正了解冥王星的大氣活動，科學家們只想獲得有關冥王星大氣的數據。2023 年，MIRI 將注意力轉向冥王星，并提供了中紅外（4.9 - 27 微米）范圍內的大氣和霧霾數據。這使科學家能夠更全面地了解冥王星的大氣變化和活動。

結果揭示了冥王星和卡戎在自轉過程中表面熱輻射的變化——即溫度變化。

通過將這些數據與兩個世界的熱模型進行比較，研究人員能夠對冥王星和卡戎不同區域的熱慣性、發射率和溫度施加強有力的約束。這些特性推動了冥王星上的全球冰分布，并將物質從冥王星推向卡戎。

整個表面揮發性冰分布的季節性周期推動了冰沉積物在冥王星表面的遷移。這幾乎就像各種冰沉積物被“撿起”并重新分配到其他地方。其中一些物質也完全從冥王星中拉出并沉積在卡戎上。

據科學家所知，這在太陽系的其他任何地方都不會發生。

控制溫度

新數據顯示，冥王星的大氣層在太陽系的行星大氣層中是獨一無二的。它的輻射能量平衡——即入射陽光與其向太空的熱量損失之間的平衡——主要由霧霾粒子控制，而不是像其他世界那樣由氣體分子控制。

根據 Zhang 的說法，這使得冥王星的研究更加有趣。它還對地球的早期大氣層提供了一些了解，該大氣層幾乎完全是氮和碳氫化合物的混合物。

“通過研究冥王星的霧霾和化學成分，我們可能會對使早期地球適合居住的條件獲得新的見解。”他說.

JWST 研究只是了解冥王星大氣中相互作用的復雜性及其對 Charon 上發現的物質的貢獻的第一步。

“冥王星位于行星大氣行為范圍內一個非常獨特的位置。因此，這讓我們有機會擴大對霧霾在極端環境中表現的理解。張解釋道.

“不僅僅是冥王星——我們知道海王星的衛星 Triton 和土星的衛星泰坦也有類似的氮氣和碳氫化合物大氣層，充滿了霧霾顆粒。所以我們也需要重新考慮他們的角色。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創文章.

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