冥王星的大气层正在消失

图解：冥王星大气层: 行星侧影。她的边缘周围有一层薄薄的白色发光层。当冥王星背光照射时我们可以见到她的大气层，如2015年新地平线号拍摄的图片——当冥王星从矮行星加速进入更深的太空时拍摄的。图源 NASA/ Johns Hopkins/ SwRI.

冥王星的大气层正在消失

遥远的冥王星有一个绕着太阳的椭圆轨道，每20个冥王星“年”（一“年”=248个地球年)中，她轨道的形状使冥王星比海王星更接近太阳。冥王星最后一次比海王星更近的是在1979年到1999年。当她还相对靠近地球时，科学家们便匆忙向冥王星发射了一艘宇宙飞船。2015年，当‘新地平线号’探测器戏剧性地掠过冥王星时，它传回地球的数据显示，冥王星的大气密度会在每十年增加一倍。但是最近，在2018年冥王星对一颗恒星的掩星期间——一个使冥王星大气背光的事件——它的数据显示冥王星的大气开始减少并最终会消失。

在2021年10月4日，科学家在第53届 DPS年会上提出了这些结果。他们提到，他们的新工作证实了这样一个观点：随着冥王星的椭圆轨道再次远离太阳，她的大气层正在冻结并会回落到她的表面。西南研究所的 Eliot Young 评论道:

“‘新地平线号’探测器在2015年飞越冥王星时得到了[关于冥王星大气密度的优秀的数据] ，与冥王星的大气密度每十年增加一倍一样。但我们2018年的观测结果并没有显示这一趋势在2015年后的持续性。”

2018年8月15日，掩星

1988年，天文学家首次发现冥王星的大气层，而当时冥王星正处于掩星阶段。那个时候所有人都认为冥王星是太阳系中的第九颗行星。从2006年起，它被归类为矮行星。在1988年的掩星期间，这颗恒星的光逐渐变暗。光变暗的情况显示出冥王星的大气层非常稀薄。于是，“新地平线号”在2015年掠过她时，能够从近距离分析她的大气层。

从1988年至今，天文学家一直在通过从地球上看到的罕见的恒星掩星现象来监测冥王星的大气层。2018年8月15日晚上，他们在冥王星对一颗遥远的恒星进行另一次遮掩时准备好了，他们知道冥王星会从在美国和墨西哥看到的星体前经过，他们也知道——由于这颗矮行星和它的大气层被这颗恒星的背光照射——冥王星的微弱影子将会在地球表面移动。这个阴影的中心线将从加利福尼亚州一直延伸到特拉华州。当冥王星的大气层由恒星背光照射时，科学家沿着暗影路径排列望远镜去研究冥王星在发生掩星现象时的情况。

在两分钟内，恒星的光线在她穿过冥王星大气层时减弱，然后在出现在冥王星另一侧时增强。你可以在下面的图片插图中看到光线的曲线。但为什么曲线是 “w” 型的？那个中央的高峰是什么？

图解：冥王星掩星路径图，穿过墨西哥、路易斯安那州和东北部。2018年8月15日，科学家在冥王星掩星的中心线附近放置望远镜。该图显示了“ w ”形光线曲线，这帮助天文学家确认了冥王星的大气层在其表面冻结，因为它离太阳越来越远。图源：SwRI/ NASA

探究冥王星中心的闪光

科学家可以分析冥王星与恒星相撞时导致的光线曲线来获取关于冥王星大气密度的信息，但是需要注意的是，上面图像上叠加的光线曲线是 “w” 型的，它有天文学家所说的中心的闪光。那些观测者看到的中心闪光仅仅出现在掩星的中心线上。这种现象发生在星体处于冥王星正后方时，冥王星的大气层使得来自被遮挡的恒星的光线，被折射或弯曲，进入冥王星阴影的中心点。能够看到这个中心闪光使得天文学家相信他们正处于观测掩星的正确位置，并且这也让他们知道他们对此事的分析是尽可能的准确。Elliot Young 解释说:

“2018年观测到的位于中心的闪光，是迄今为止所有人在冥王星掩星中观测到的最强烈的，它让我们对冥王星在地球上的阴影轨迹，有了非常准确的了解。”

当你穿越数十亿英里的太空，凝视着像冥王星这么小的星球的稀薄（暂时）大气层时，对细节的关注是极为重要的。与地球的8000英里（13000公里）形成鲜明对比的是，这颗小矮星直径不到1500英里（2400公里）。这就是为什么中心闪光的出现对科学家如此重要。而这让他们有信心明确提出，冥王星的大气层正在消失。现在的问题可能是——如果冥王星在1979年到1999年间距离太阳最近，如果“新地平线”号在2015年看到大气层仍在增加，为什么我们在2018年看到它开始减少？为什么它不早点开始减少？

原因是相同的物理效应——即使太阳在正午时分最高，海滩上的沙子在下午晚些时候感觉最热，

时间的“滞后性”或者热惯性

冥王星的表面结冰了，且它的大部分氮气气氛是由其表面冰的蒸汽压支持的。随着温度的升高，冰会变成气态。因此，在1979年至1999年间，当冥王星靠近太阳时，其表面冰的温度升高，冥王星的大气层开始从其表面升起。现在，随着冥王星在其轨道上不断远离太阳，表面冰层的温度下降。但不会马上下降，因为冰有热惯性，可以储存热量。西南研究所的 Leslie Young 是冥王星新地平线任务的另一位专家。她评论道:

“（这）类似于海滩上太阳使沙子温度升高的原理。阳光在正午最强烈，但是沙子在下午继续吸收热量，所以在下午晚些时候最热。冥王星大气层的持续存在表明，冥王星表面的氮冰储存在表面下的热量中来保持温暖，而新的数据显示它们开始变冷了。”

因此，在2018年冥王星掩星期间科学家的新观测不仅帮助科学家了解了她的大气层，还有助于他们了解了冥王星储存和释放热量的方式。

图解：太阳系轨道图，包括冥王星的椭圆轨道，这张图显示了冥王星在2021年10月的位置。在1979年到1999年期间，冥王星比海王星离太阳更近。随着它在椭圆轨道上摆动得越来越远，它现在正进入更冷的区域。图源：Cybersky

小结：冥王星的大气层正在消失。科学家们发现，与2015年新地平线号访问冥王星相比，2018年新地平线号掩星期间观测到的景象发生了巨大变化。随着她在其狭长的轨道运动并且离太阳越来越远，大气层开始冻结并落到地表。

BY: Kelly Kizer Whitt、Deborah Byrd

FY: Lyra

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处