30年 掩星研究 冥王星大氣 變化

[peter]

https://www.cnbeta.com/articles/science/899239.htm

在2019年5月10日的《天文学和天体物理学》杂志上，发表了一项由巴黎天文台的研究人员经过几十年观测而得的研究结果。

根据“新视野号”探测器于2015年收集的数据，科学家对冥王星掩星过程的物理参数进行了解释，这些参数对于更好地了解冥王星的气候，以及预测这颗矮行星未来的恒星掩星事件非常重要。

和地球类似，冥王星的大气层主要也是由氮气构成，但比较仅限于此。冥王星轨道在海王星之外，要花248个地球年才能绕太阳转一圈。在冥王星的一年中，它与太阳的距离在30至50天文单位之间变化，导致了极端的季节循环。

冥王星表面温度极低，可低于-230℃（40°K）。那里存在一种固态-气态平衡，其中稀薄的大气基本为氮气，与表面冰层共存。据估计，如今冥王星的氮蒸气的压力稳定在1.3帕斯卡左右（而地球上的压力约为10万帕）。

由于冥王星的倾角（极轴与轨道平面之间的夹角）为120度，因此其两极会出现连续数十年的白昼，然后是同样漫长的极夜。这导致了冥王星表面挥发性物质如氮、甲烷和一氧化碳的重新分布，并形成复杂的物质循环。冥王星在1988年到达昼夜平分点，然后在1989年移动到近日点（30au）。从那时起，这颗矮行星就不断地远离太阳，在2016年时距离达到了32ua，这意味着它的平均日照减少了25%。

预测与结果的矛盾



1988年至2238年冥王星表面的大气压力随时间的变化，洋红色曲线为南半球存在氮储集层的情况

如果你以为冥王星的大气压会因此急剧下降，那就想得太简单了。根据氮的气-冰平衡，表面每降低一个开氏度，气压就应该降低一倍。然而观测结果恰恰相反。2019年5月10日发表在《天文学和天体物理学》杂志上的这篇文章提供了证据。文章中分析了近30年来在冥王星北半球春季观测到的十几次恒星掩星，发现1988年至2016年间，冥王星的大气压增加了三倍。

自20世纪90年代以来，冥王星的全球气候模型（GCM）就已经将这种自相矛盾的情况考虑在内，但该结果并不确定，只是众多情况之一。模型的几个重要参数仍然受到观测结果的限制。如今，通过这些来自地球的恒星掩星观测结果，加上2015年7月美国国家航空航天局（NASA）新视野号（New Horizons）探测器飞越冥王星时收集的数据，天文学家可以描绘出更加精确的场景模型。

新视野号绘制了这颗矮行星表面冰层的分布和地形，揭示了一个直径超过1000公里、深4公里的巨大盆地，位于冥王星赤道附近，纬度在25°S到50°N之间，称为“史波尼克高原”（Sputnik Planitia）。该盆地将冥王星大气中一部分可用的氮锁住，形成了一个巨大的冰川。这才是冥王星气候的真正“心脏”，通过氮的升华，它可以调节这颗矮行星的大气循环。

[peter]

https://technews.tw/2020/05/26/plutos-strange-atmosphere-just-collapsed/ 

科學家早在 1988 年就確認冥王星有大氣層，但最近卻發現冥王星的大氣壓少了 20% 以上。

從地球很難觀察到冥王星的大氣層，因此只有在冥王星通過恆星前方時，也就是掩星現象，才能讓天文學家看到冥王星大氣層對星光的影響。根據上一次 2016 年的觀測，冥王星的大氣層仍維持 1988 年首次確認以來的大氣壓增加趨勢。然而去年 7 月，日本京都大學的研究員有松亘與團隊藉由最近的掩星觀測結果，發現 2016 年以來冥王星的大氣壓似乎下降了 20% 以上。

冥王星的大氣層是來自太陽加熱表面時，從中昇華的氮、甲烷與二氧化碳，因此當冥王星接近太陽時大氣層會膨脹，遠離時收縮。冥王星 1989 年到達最接近太陽的位置，之後便一直遠離太陽，然而大氣層仍繼續增加到地球的十萬分之一左右。新視野號 2015 年飛掠冥王星，那時拍到冥王星有個橫跨半球的白色覆冰地區，這個地區稱做史波尼克高原（Sputnik Planitia），以人類史上第一顆人造衛星命名。根據電腦模擬顯示，由於史波尼克高原仍面對太陽，即使冥王星開始遠離太陽，大氣層仍得以持續增長，因此行星地質學家認為史波尼克高原對調節冥王星的大氣有重要作用。

相同的模型認為，自 2015 年以來史波尼克高原應該開始降溫，導致大氣凝結成冰，有松教授認為這可能是他們新發現的背後原因。不過這些模型計算認為冥王星的大氣層自 2016 年以來應該收縮不到 1%，而不是現今觀察到的 20%，因此可能還有其他原因加速冥王星大氣崩解。

由於冥王星大氣層對遙遠星光的影響很小，觀測難度本來就很高。同時，冥王星除了正在遠離太陽，還正在遠離銀河面的視線方向，這將會讓掩星事件變得更罕見。因此，研究小組呼籲應該把握機會使用更大、更靈敏的望遠鏡觀察冥王星，好了解真實情況。