如何确认冥王星有大气层，如何判断大气层膨胀了，如何确定大气测消失了？

冥王星的大气层：在行星的轮廓边缘有着一层薄薄的白色发光层的景象。

冥王星的大气层在背景光源照射下是可见的，就像这张2015年来自于<新地平线>的照片所示的一样，这张照片拍摄于冥王星远离矮行星向着宇宙深处驶去的时候。照片由NASA美国国家航空航天局/Johns Hopkins约翰霍普金斯/SwRI（西南研究中心）提供的。

冥王星的大气层正在逐渐消失

遥远的冥王星绕着太阳以一个高度椭圆的轨道运行。冥王星的轨道形状使得冥王星在每个冥王星年（248个地球年）当中有约20个地球年的时间比海王星到太阳的距离更近。冥王星最后一次比海王星到太阳距离更近的时间是1979年到1999年。然而，由于冥王星这时候到地球的距离仍然是相对较近的，科学家们于2015年急忙向冥王星发射了一艘航天器，当新地平线号航天器戏剧性地掠过了冥王星时，它向地球返回地数据表明冥王星的大气层密度每十年增长一倍。但是就在最近，在2018年冥王星掩星（星食）期间，这一事件中背景光源照亮了冥王星的大气层，数据表明冥王星的大气层正在开始减少并且最终消失。

科学家们在2021年10月4日在第53届DPS会议（Division for Planetary Sciences美国天文学行星科学研讨会）上发表做了这些数据。他们在会议上说到他们的新的工作重心是确认他们的一个猜测：由于冥王星绕着它高度椭圆轨道行驶再次远离了太阳，所以它的大气层经过冷却，回落到冥王星的表面。西南研究中心（SwRI）艾里奥特.杨（Eliot Young)发表了以下的数据。

新地平线号任务从2015年的飞行获得了关于冥王星大气层密度的优质数据，这些数据与冥王星大气层体积每十年翻一倍的推测结果是一致的。但是自2015年以后，我们在2018年的观测并未发现这个膨胀趋势一直持续下去。

2015年8月15日， 掩星

1988年地球上的天文学家在冥王星掩星期间，首次观测到冥王星的大气层。在那一时期，全人类都将冥王星视为太阳系的第九行星。直到2006年，冥王星重新被归类为一颗矮行星。在1988年掩星期间，那颗恒星的光线在它即将消失在冥王星后面之前逐渐变暗。逐渐暗淡的光线证明了冥王星稀薄，膨胀的大气层的存在。当冥王星2015年飞行掠过地球时，新地平行线在那时从这个较近的距离成功地分析出了冥王星的大气层。

从1988年直到现在，天文学家们通过在地球上偶尔能观测到的冥王星掩星事件一直监控着冥王星的大气层。在2018年8月15日的晚上，他们已经为这另一次的遥远恒星作为冥王星背景光源的掩星事件做好了准备。他们已经知道从美国和墨西哥会看到冥王星在恒星面前经过。他们已经知道当一颗恒星作为矮行星和它的大气层背景光源时，冥王星的微不可见的影子会在地球的表面移动穿行。而影子路径的中轴线会从墨西哥的南下加利佛尼亚州Baja California延伸到美国的特拉华州Delaware。当恒星作为背景光照亮冥王星的大气层时，科学家们在掩星期间已经在影子的路径沿线都部署好了天文望远镜。

在两分钟时间内，恒星的光线作为背景光在它穿过冥王星大气层背后后消失，紧接着当它在冥王星的另一侧出现时光亮又开始增强。我们可以在下图的插图中看到光线曲线。但是为什么这曲线是呈W形的，它的中心顶点是哪个呢？

插图中为冥王星掩星期间延着墨西哥，路易斯安那和东北穿行路径的地图。

在2018年8月15日，科学界们在冥王星掩星的中心线附近部署了天文望远镜。插图展示了W形光线曲线，这为天文学家们确认当冥王星向着远离太阳运行时，冥王星的大气层开始冷却并回落到它的表面提供了助力。图片由NASA美国国家航空航天局/SwRI（西南研究中心）提供的。

解读冥王星的中心亮光（引用了引力透镜技术，根据广义相对论：背景光源发出的光在靠近天体时会产生扭曲的概念）

科学家们能够在冥王星掩星期间通过分析光线曲线获取冥王星大气层的密度。但是注意到上图中重叠的光线曲线是呈现W形的。它有着天文学家们所说的中心亮光。中心亮光只能在精确的掩星中心线上才能呈现给它的观测者们。当恒星的位置几乎完全处于冥王星的正背后时，恒星所发出的光在经过冥王星的大气层时会出现折射，弯曲然后汇于冥王星的影子中心点上，这就是中心亮光。而能够观测到中心亮光就表明天文学家们处于一个观测冥王星掩星的绝佳位置上。而这也能让他们清楚对于这一掩星时间的观测分析也是最精确的。艾里奥特.杨（Eliot Young)解释道：

2018年观测到的冥王星掩星中心亮光是目前为止任何人所观测到的最亮的。中心亮光给我们提供了冥王星影子在地球上的非常精确的路线。

当你在数十亿英里的太空中凝视像冥王星这样渺小的世界中稀薄的（临时的）大气层时，所有对于这些渺小细节的关注都很重要。相对于地球的直径8000英里（约为13000公里）而言，这颗小的矮行星直径只有不到1500英里（约为2400公里）。这是为什么冥王星的中心亮光的出现对于科学家们而言显得如此重要。这为他们提供了信心断言道，是的没错，冥王星的大气层正在消失。然而现在的问题是，如果冥王星在1979年到1999年间距离太阳最近，而且新地平线也在2015年观测到冥王星的大气层是在持续增长的，为什么2018年我们才观测到冥王星大气层开始减少？为什么它早不开始减少呢？

这原因就和接下来的物理效应是一样的，虽然阳光在正午时是最充足的，但是我们感觉到的沙滩上的沙子却是午后的沙子是最热的。

“保温层”或者热量惰性

冥王星的表面是冰层覆盖的。而冥王星的氮气大气层是由表面冰层的蒸汽气压所支撑的。随着温度升高，冥王星的表面冰层有汽化的趋势。所以当冥王星在1979年到1999年间距离太阳最近时，它的表明冰层被加热，冥王星的大气层开始从表面升高。而现在，当冥王星在它的运行轨道上行驶地离太阳越来越远时，它的表面冰层温度也降低了。但是这温度并不是突然降低的。这就是由于冰层的热量惰性。冰层储存了一些热量。西南研究中心的莱斯利.杨是冥王星新地平线任务的另一位专家。她解释道：

一个和当前情形类似的是太阳加热沙滩上沙子的方式。阳光在正午时是光照最强的，但是沙子可以整个下午持续地吸收着来自阳光的热能，所以沙子最热的时候是在午后。而冥王星大气层的持续存在也表明了冥王星表面的氮气储备冰层是由地表下储存的热能保持温暖的。新的数据表明它们正在开始冷却。

所以2018年掩星期间对于冥王星的新的观测不仅仅有助于科学家们理解矮行星的大气层，还有冥王星是如何储存和释放热能的。

太阳系轨道图，包括冥王星的椭圆轨道。

太阳系这张图显示了冥王星在2021年10月的位置。冥王星在1979年到1999年间距离太阳比海王星还要近。随着它在自己的椭圆轨道上运行得更远，冥王星现在行驶到更加寒冷的区域。图片由赛博星空提供。

最后：冥王星的大气层正在消失。科学家们从2015年的新地平线号访问冥王星事件和2018年的掩星观测结果对比，发现了这一巨大变化。当冥王星在它细长的轨道上渐行渐远时，它的大气层开始冻结并回落到冥王星表面。

BY: Kelly Kizer Whitt & Deborah Byrd

FY: wei

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