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碳氫霧霾讓冥王星表面溫度比預期的還冷
2024-11-01 07:14:07 *
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作者 主題: 碳氫霧霾讓冥王星表面溫度比預期的還冷  (閱讀 2819 次)
peter
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« 於: 2017-11-20 08:02:22 »

碳氫霧霾讓冥王星表面溫度比預期的還冷

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https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171115130940.htm
冥王星為何比預期還冷?  hydrocarbon

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https://www.natureasia.com/zh-tw/nature/highlights/90061

一種可能的解釋是存在水蒸氣,但是在熱動平衡條件下,水蒸氣需要超過飽和狀態好幾個數量級,才能產生如此寒冷的大氣層。Xi Zhang與合作者通過建模表明,冥王星的大氣溫度受霧霾顆粒而非氣體分子調節,這使冥王星在太陽系裡變得獨一無二。由此引出一個清晰的預測——冥王星在中紅外波段應比之前預測的更加明亮。明年詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將發射升空,應可以檢驗這一預測。

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http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-11/16/content_382006.htm?div=-1
科学家早已知道冥王星乃酷寒之地,一般约零下180℃,表面温度甚至可能低达约零下220℃。而一项最新观测显示,冥王星的温度远低于之前预估,这意味着该星球存在某种未知的冷却过程。

可惜,有关冥王星大气层的情况,此前人们知道的还很少。科学家曾提出一种可能的冷却介质,就是水蒸气。不过,冥王星上水蒸气状态还远达不到目前这种冷却效果。

    此次,美国加州大学圣克鲁兹分校的研究团队通过建模表明,冥王星的大气温度是受碳氢化合物雾霾颗粒调节,而非气体分子,这使得冥王星在太阳系里变得独一无二。他们的观察发现,雾霾颗粒的太阳能加热速率和冷却速率,要远远高于气体分子,而气体分子更常见于其他行星的大气层。

    雾霾颗粒主导着冥王星自地面到空中700公里大气层的辐射平衡,在700公里以上,热传导维持着一个等温大气层。这也意味着,雾霾严重影响了冥王星的辐射能平衡——入射太阳能与该行星射出的能量之间的平衡。

    研究团队据以上结论做出推测:冥王星应该在中红外波段比目前预估的还要更明亮。而明年,美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜将发射升空,其恰好非常擅长在红外光谱的波段发现更远的物体,可以无视尘埃的干扰看到人类肉眼所看不到的东西,因此韦伯望远镜完全可以检验这一推测。
« 最後編輯時間: 2017-11-29 17:45:06 由 peter » 已記錄

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peter
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« 回覆文章 #1 於: 2017-11-21 23:19:26 »

http://www.cnbeta.com/articles/science/672409.htm

美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校行星科学家张希(音译)表示:“烟雾是大气层冷却的罪魁祸首。”他和同事在11月16日出版的《自然》杂志上报告了这一发现。2015年7月,当美国宇航局(NASA)的“新视野”号探测器飞过冥王星时,它发现这颗矮行星的大气温度大约是零下203摄氏度,仅比绝对零度高70摄氏度。这比之前科学家预测的温度低了30摄氏度,同时也让行星科学家们感到巨大的困惑。

搞清冥王星的大气是如何运行的对于了解太阳系及太阳系外的其他巨大冰冻天体的大气是至关重要的。“除非我们知道造成这种寒冷温度的原因,否则我们无法推断冥王星其他季节的情况,更不用说其他天体了。”没有参与这项研究的科罗拉多州博尔德市西南研究所行星科学家Leslie Young说。

冥王星的大气层主要是由氮构成的,同时含有少量的化合物,如甲烷。在大气层的高处——距离冥王星表面500公里到1000公里的区域,阳光会引发化学反应,从而将这些气体转化成固体碳氢化合物颗粒。

这些颗粒随后向下漂移,在距离冥王星表面约350公里处,与其他粒子形成长化学链。当它们到达距离矮行星表面200公里的高度时,这些颗粒已经变成了厚厚的一层烟雾,这也就是“新视野号”探测器所观测到的像被包裹住的冥王星。

张希和他的同事将大气层气体分子的加热和冷却效应与烟雾颗粒进行了比较。早期的研究表明,诸如氰化氢等气体分子的存在有助于解释为什么冥王星的大气层是如此的寒冷。但是,张希的团队发现,只有将烟雾包括在内才能使他们的模型与“新视野”号探测器飞越冥王星时所测量到的温度相匹配。

“根本的区别在于大小。”张希说。分子的直径通常小于1纳米,而烟雾颗粒的直径却有几百纳米。这意味着气体和烟雾在吸收和重新辐射太阳能量的方式上有很大的不同。张希说,烟雾能够比气体更有效地加热和冷却环境。

马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯大学行星科学家Sarah Horst认为:“这是一个很好的想法。”

法国巴黎市动态气象实验室行星科学家Tanguy Bertrand指出,科学家们之前可能并未把烟雾视为冷却的罪魁祸首,因为烟雾层并没有阻挡阳光。他和同事Francois Forget研究了冥王星的大气层。Bertrand说:“我觉得这项研究很有说服力。”

但是其他研究人员提出了不同的观点,用以解释为什么冥王星的大气层是如此寒冷。Roger Yelle是图森市亚利桑那大学的一名行星科学家,他在9月于拉脱维亚召开的一次会议上报告了一种方法。他的研究小组的模型显示,氰化氢、乙炔和乙烷气体的混合物可以使物体降温。众所周知,这3种气体都存在于冥王星的大气层中。

张希的团队和Yelle的团队还没有调和他们相互矛盾的结论。但在NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜于2019年发射后,将可以测试张希的假设。如果这些烟雾颗粒确实是使冥王星大气层冷却的主要因素,那么它们将使矮行星在中红外波长中显得更加明亮。张希打算用詹姆斯·韦伯太空望远镜观察冥王星,看看自己的结论是否正确。

冥王星曾被看作太阳系第九大行星。但国际天文学联合会于2006年对大行星重新定义,冥王星被“开除”而降级为矮行星。冥王星体积很小且与地球相距遥远,人们对它知之甚少。

“新视野”号探测器于2006年1月17日发射升空,主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。该探测器于美国东部时间2015年7月14日近距离飞过冥王星,成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。之后,“新视野”号探测器仍继续前行,进入太阳系边缘神秘的柯伊伯带,那里可能隐藏着数以千计的冰冻岩石小天体。如果一切顺利,“新视野”号将成为人类第一个探索柯伊伯带的深空探测器
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« 回覆文章 #2 於: 2017-11-29 17:45:24 »

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1749

行星大氣的組成成分通常可決定可在大氣中留住多少熱能。然而對冥王星而言,根據其已知大氣組成所做的溫度預測,卻比新視野號(New Horizons)太空船在2015年飛掠冥王星時測到的還要高。聖塔克魯茲加大(University of California, Santa Cruz)Xi Zhang等人最新研究顯示:這個預測和實測的差異,來自冥王星冰凍大氣中的霧霾粒子所具有的奇特降溫機制。

  Zhang等人表示:冥王星大氣是第一個行星級天體中,已知大氣能量貯藏方式是被固態霧霾粒子主宰,而非一般慣見的的氣體粒子。霧霾粒子吸收熱量後,會再向外發出紅外輻射,藉著將這些能量發射向太空。冥王星大氣就是因為這樣的途徑而降溫,使其溫度僅有絕對溫度70K(攝氏零下203度),而不是理論預測的100K(攝氏零下173度)。Zhang等人認為:來自霧霾粒子的多餘紅外輻射,應該可以被預定於2019年發射的韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)偵測到,屆時就可以證實他們的觀點了。

  新視野號飛掠冥王星過程中,發現冥王星大氣有霧霾厚層。這些霧霾來自大氣高層的化學反應,由於大氣中的氮和甲烷等被陽光中的紫外輻射游離後,形成直徑只有數十奈米的碳氫化合物(烴,hydrocarbon)微粒。當這些微粒下沈到大氣過程中,會彼此沾黏在一起而逐漸長大,最後落在冥王星表面。Zhang等人相信這些碳氫化合物粒子和新視野號的冥王星表面影像中,那些紅色與棕色物質有關。

  這個霧霾粒子影響大氣能量平衡的結論不止冥王星會遇到,其實在海王星衛星崔頓(Triton)和土星衛星泰坦(Titan)大氣中也可能存在,甚至有可能在系外行星的研究上也能應用得上呢
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