首頁>科學>

已經發射14年的新視野號探測器,在2015年接近飛掠冥王星時,人們彷彿擦乾淨了窗戶上水汽,第一次清晰的看到了冥王星的面貌。

那年7月14日,新視野探測器接近到冥王星附近12500公里範圍內,人們在這個太陽系偏遠地區的星球上,發現了它有和地球一樣的地貌景觀——白雪皚皚的山脈。

冥王星上的雪

冥王星上刮的風大概是太陽系內最冷的,在冥王星標誌性的心形氮冰平原的西南部,一片山脈的頂部被積雪覆蓋,就像地球上那些高海拔的山脈白了頭。

雖然和地球的山脈雪帽長得很像,但那些雪並不是由水產生。新視野號利用光譜進行成分分析發現,覆蓋這些山脈的明亮雪帽物質不是水,而是在高海拔處凝結成霜的大氣甲烷。

冥王星是一個極端寒冷的世界,地表溫度最低低至-240攝氏度,而且大氣稀薄。

在其稀薄的大氣中甲烷其實並不多,冥王星的大氣層主要是氮,甲烷和一氧化碳只是微量。由於只有微量的甲烷,剛開始看見冥王星雪山景象的時候,科學家很難解釋那麼多甲烷雪的成因。

在地球上,溫度隨海拔的升高而降低,大約每100米下降1攝氏度。我們的對流層大氣溫度主要是來自於地面的加熱,海拔越高空氣越稀薄,空氣吸收地面熱量的能力越差,所以隨高度增加而溫度降低。

地球的潮溼空氣上升,冷卻到一定程度時,它就凝結成雪落下,為高海拔山脈蓋上漂亮的雪帽。這在地球上是一個很容易理解的現象,但它不能解釋冥王星甲烷雪的成因。

今年法國國家科學研究中心的科學家首次解答了這個問題,在冥王星上,存在著逆溫現象,它與地球完全相反:你爬得越高,溫度就越高。

因為太陽輻射,冥王星高空的平均大氣溫度比地面高几十度,低海拔地區反而是最冷的,因為冥王星表面主要是氮冰,太陽輻射照射時,氮冰大量吸熱,造成溫度更低。

最冷的地方就是那片心形氮冰平原。

透過建立大氣模型,科學家發現冥王星大氣會將甲烷集中在更高的海拔。之所以新視野號探測器分析其大氣構成,甲烷微量,是因為甲烷在大氣運動下長時間的在高海拔地區堆積,造成低海拔地區甲烷十分稀少。

冥王星沒有像地球那樣厚厚的、絕緣的大氣層,大氣無法為地表保溫。

因此地表附近的超低溫空氣密集而沉重,並想要一直向下流動。而且在其他研究的氣候模擬中,這種情況在冥王星的所有地方都存在。

冥王星被下坡風主導,山頂卻出現積雪,讓人十分費解。從上圖可以看出,它的氣流運動與地球完全不同。

在法國科學家給出的解釋中,原來是甲烷熔點比氮氣熔點更高,密度更小,使得單位質量更輕。甲烷的吸熱過程不會發生在表面有氮冰的地區,因為氮冰可以昇華大幅度降低附近大氣的溫度,達不到甲烷的熔點。

只有高海拔地區的甲烷才有機會揮發,氮氣選擇下沉,甲烷氣體得以處在更高的區域。在下沉中冷卻,降在高海拔的山脈之上。

久而久之甲烷氣體向更高海拔地區富集,而低海拔的甲烷只能被氮冰雪藏,難以加入物質大迴圈。隨著高海拔空域甲烷濃度越來越高,它會達到飽和點,進入黑夜缺乏太陽輻射變冷後,它們以雪的形式落在山頂上。

這是距離地球五十多億公里外的降雪。

當甲烷雪在山上形成時,它增加了反照率,得以讓在被太陽輻射照射時,減少了自己揮發的速度和吸熱。隨著溫度的下降,更多的甲烷雪也會降在山脊之上。

和地球的降雪相比,它們形成的原理不同,利用的材料不一樣,卻產生了相同的景觀。

雖然新視野號在五年前從冥王星飛掠,但其獲得的資料給科學家帶來的眾多問題,今天尚有很多未能解答。

在新視野號抵達冥王星之前,就算是最先進的哈勃太空望遠鏡,也看不清這顆偏遠星球,以往我們根本不知道它的表面、大氣和氣候是如此複雜。

科學家們仍在處理新視野號路過冥王星獲得的所有資料,更多的有趣現象還有待解構和公佈。

在將要遠離冥王星的時候,新視野號回望這顆矮行星,拍攝了這張即將日落的照片,上面有崎嶇的、冰冷的山脈和平坦的冰原,寂靜而荒蕪,讓人深感生命的珍貴。

科學家們開始期待未來向冥王星發射軌道器甚至著陸器,但基於現有的技術水平和資金限制,下一次人們再如此接近冥王星,恐怕都是2050年以後了。

12
最新評論
  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 美國曾經贈送我們1克月壤,現今已有采月能力的我們該怎麼回禮?