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冥王星大气层

冥王星大气层是冥王星周边薄薄的气体层。它的主要成分是氮（N2），次要的成分还有甲烷（CH4）和一氧化碳（CO），这些都与它们在冥王星表面的冰平衡[2][3][4]。表面的压力范围在6.5至24微巴（0.65至2.4帕）[5]，大约是地球大气压力的百万分之一至十万分之一，远远低于地球表面的大气压力。预测冥王星的椭圆轨道对它的大气层主要的影响是：当冥王星远离太阳时，它的大气层会逐渐冻结。当冥王星接近太阳时，冥王星固体的表面温度上升，造成冰的升华。就像汗水从皮肤表面蒸发时会冷却身体一样，冥王星的升华会造成反温室效应，使表面冷却。

新视野号离开之际拍摄的冥王星，显示大气层高度大约130千米 [1]，而阳光由背后渗出[2][3]。

存在大气层中的甲烷是强大的温室气体，在冥王星的大气层创造出温度反转，使10公里高处的平均温度比表面高，达到36K。大气层较低处的甲烷浓度比上层大气的含量要高[6]。

尽管冥王星正在远离太阳，它在2002年的大气压（0.3帕斯卡）比1988年还高。因为在1987年，冥王星的北极是120年来首度离开阴影，造成额外的氮开始从冰帽升华，需要几十年才能在逐渐进入阴影的南极结冰，冻结成冥王星南极的冰帽[7]。

一些来自大气层的分子有足够的能量来克服冥王星微弱的引力逃逸进太空，在那里他们会被太阳辐射的紫外线电离。当太阳风遇到由离子构成的障碍，它会减缓速度和转移方向（描绘在红色的区域），可能在冥王星的前缘形成冲激波。这些离子会被捡拾并随著太阳风前进，流过矮行星形成离子尾或电浆尾（蓝色区域）。新视野号太空船的太阳风分析仪（SWAP）于2015年7月14日最接近冥王星之后，很快地就在这个地区首度进行低能量大气离子的测量。这些测量将使SWAP的团队确认冥王星失去大气层的速率，并反过来洞察冥王星的大气层和表面的沿革[8]。

观测的历史

 
背向阳光的冥王星大气层。
 
新视野号在日食的情况下检视冥王星的大气层[9]。
 
冥王星的大气有数层阴霾。

1985年，以色列WISE天文台的Noah Brosch和Haim Mendelson最早提出冥王星有大气层的证据[10]，然后古柏机载天文台在1988年经由冥王星掩星的观测予以证实[11]。如果天体没有大气层，当从一颗恒星前方过时，恒星会突然的消失，但是冥王星掩星时的星光是逐渐变暗的[10]。依据变暗的速率，大气压力被推断为0.15Pa，大约是地球的1/700,000[12]。

在2002年，由巴黎天文台Bruno Sicardy领导的小组，成员有麻省理工学院的詹姆斯·勒德洛·埃利奥特[13]、威廉士学院的Jay Pasachoff[14]，观察与分析了另一次的冥王星掩星[15]。即使冥王星离太阳地的距离比1988年远，估计的大气压力是0.3Pa；但是大气层应该是更冷和更稀薄。对这种差异的一种解释是，冥王星的极冠是120年来首度走出阴影，造成额外的氮气层极地冰动的极冠升华。它要花上几十年的时间，多馀的氮气才能在逐渐变暗的南极冻结，在南极形成冰冻的极冠。来自同一项研究资料的峰值，也显示冥王星大气层中的风是何种物质的第一个证据[7]。2006年6月12日，MIT-Williams College的L. Elliot、Jay Pasachoff的团队，和美国西南研究院由Leslie A. Young领导的团队，在澳大利亚观测了另一次的冥王星掩星[16]。

 
2015年7月14日，新视野号观察冥王星的大气压力。

在2006年，科学家使用SMA计算出冥王星的温度大约是43 K（−230 °C），然而比预期的低了约10K[17]。

在2006年10月，NASA/Ames Research Center的Dale Cruikshank（新视野号的共同研究员）和他的同事宣布在光谱中发现冥王星的表面有乙烷（C2H6）。这些乙烷是来自冥王星表面冰冻和悬浮在大气层中的甲烷，因光致离解（光致蜕变）或是辐射分解（即阳光或带电粒子的化学转换）而产生的[18]。

在2015年6月29日，冥王星从一颗遥远的恒星和地球之间通过，它的影子投射在地球上的纽西兰，NASA的同温层红外线天文台（SOFIA，一架机载天文台）在纽西兰上空研究冥王星的大气层，预计在2016年7月公布结果[19]。

2015年7月14日，新视野号测量到的冥王星大气层压力只有早先地基观测值的一半[20]。

2015年8月10日，NASA科学家认为模拟结果暗示冥王星大气层中的氮气不太可能是由撞击事件产生的，因此冥王星的氮气最有可能是在地质构造演化过程中补充的[21][22]。

 
在冥王星的大气层中看见超过一打的阴霾层。
 
冥王星 - 诺盖山脉（前景左边）、希拉蕊山脉（天际线左边）、史波尼克高原（右边）
接近日落时，包括几层阴霾的冥王星大气影像。

参考资料

  1. ^ New Horizons at Pluto Mission Briefing - July 24, 2016. NASA (SpaceRef). 26 July 2015 [28 July 2015]. 
  2. ^ 2.0 2.1 Chang, Kenneth. Pluto's atmosphere is thinner than expected, but still looks hazy. New York Times. 24 July 2015 [27 July 2015]. （原始内容存档于2015-07-26）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Conditions on Pluto: Incredibly hazy with flowing ice. New York Times. 24 July 2015 [24 July 2015]. （原始内容存档于2015-07-28）. 
  4. ^ Croswell, Ken. Nitrogen in Pluto's atmosphere. 1992 [27 April 2007]. （原始内容存档于2011-07-23）. 
  5. ^ Lellouch, Emmanuel; Sicardy, Bruno; de Bergh, Catherine; et al. Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations. Astronomy and Astrophysics. 2009, 495 (3): L17–L21. Bibcode:2009A&A...495L..17L. arXiv:0901.4882  . doi:10.1051/0004-6361/200911633. 
  6. ^ Lellouch, Emmanuel; Sicardy, Bruno; de Bergh, Catherine. Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations. Astronomy & Astrophysics. 2009 [2015-09-30]. （原始内容存档于2016-06-11）.  参数|journal=与模板{{cite web}}不匹配（建议改用{{cite journal}}或|website=） (帮助)
  7. ^ 7.0 7.1 Britt, Robert Roy. Puzzling seasons and signs of wind found on Pluto. Space.com. 2003 [26 March 2007]. （原始内容存档于2011年1月9日）. 
  8. ^ Gipson, Lillian. Pluto Wags its Tail. NASA. 2015-07-17 [2021-03-31]. （原始内容存档于2015-08-08）. 
  9. ^ Staff. NASA – Video (00:17) – Alice occultation – Gladstone. NASA & YouTube. 14 July 2015 [18 July 2015]. （原始内容存档于2016-04-06）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Marsden, Brian G. Occultation by Pluto on 1985 August 19. IAU Circular. 26 August 1985, 4097 [26 November 2011]. （原始内容存档于2012-01-24）. 
  11. ^ Chester, Geoff. NOFS contributes to SOFIA'S successful observation of challenging Pluto occultation (PDF). US Naval Observatory. [11 February 2012]. （原始内容 (PDF)存档于2012年4月2日）. 
  12. ^ Johnston, William Robert. The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects. 2006 [26 March 2007]. （原始内容存档于2018-11-25）. 
  13. ^ Pluto is undergoing global warming, researchers find. Massachusetts Institute of Technology. 9 October 2002 [20 March 2007]. （原始内容存档于2011-08-20）. 
  14. ^ Williams scientists contribute to new finding about Pluto. Williams College. 9 July 2003 [20 March 2007]. （原始内容存档于2007-10-11）. 
  15. ^ Sicardy, Bruno; Widemann, Thomas; Lellouch, Emmanuel; et al. Large changes in Pluto's atmosphere as revealed by recent stellar occultations. Nature (Nature). 10 July 2003, 424 (6945): 168–70. Bibcode:2003Natur.424..168S. PMID 12853950. doi:10.1038/nature01766. 
  16. ^ Elliot, James L.; Person, Michael J.; Gulbis, Amanda A. S.; et al. The size of Pluto's atmosphere as revealed by the 2006 June 12 occultation. Bulletin of the American Astronomical Society. 2006, 38: 541. Bibcode:2006DPS....38.3102E. 
  17. ^ Than, Ker. Astronomers: Pluto colder than expected. Space.com (via CNN.com). 2006 [30 November 2011]. （原始内容存档于2012-10-19）. 
  18. ^ Stern, S. Alan. Making Old Horizons New. The PI's Perspective. Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. 1 November 2006 [29 November 2011]. （原始内容存档于2015-09-05）. 
  19. ^ Veronico, Nicholas A.; Squires, Kate K. SOFIA in the right place at the right time for Pluto observations. NASA. 29 June 2015 [1 July 2015]. （原始内容存档于2015-12-08）. 
  20. ^ Gipson, Lillian. New Horizons Reveals Pluto’s Atmospheric Pressure Has Sharply Decreased. NASA. 24 July 2015 [29 July 2015]. （原始内容存档于2015-11-09）. 
  21. ^ Singer, Kelsi. Atmospheric Escape and Flowing N2 Ice Glaciers – What Resupplies Pluto's Nitrogen?. NASA. 10 August 2015 [10 August 2015]. （原始内容存档于2020-11-08）. 
  22. ^ Lewin, Sarah. If Pluto Keeps Spewing Nitrogen, Why Is It Still Full of It?. Space.com. 17 August 2015 [17 August 2015]. （原始内容存档于2020-11-08）. 

外部链接

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