地球和冥王星沒有太多共同點:地球是一個充滿活力的生命世界,而冥王星是一個寒冷,遙遠而無生命的世界。但是它們的共同點是大氣中富氮,儘管冥王星確切的百分比尚不清楚,但地球大氣中的氮含量約為78%,冥王星的主要大氣成分也是氮。
在冥王星上,地表溫度約為42開爾文(-231攝氏度),大部分氮都被凍結成了固態冰。一項新的研究表明,冥王星的氮冰創造了太陽系內最冷的自然風,並塑造了獨特地貌。在以往的認知裡,地球最冷的風毫無疑問是南極高原的風暴,但與冥王星的超低溫風相比,南極風要顯得可愛的多。
在NASA的"新視野"號探測器到達冥王星之前,我們對這個遙遠的行星及其表面特徵了解不多。當探測器2015年7月到達時,我們都驚訝地發現冥王星比我們想象的要活躍得多。人們第一次看到湯博區Tombaugh Regio,這是冥王星表面上的一個橫跨大約1590公里的巨大、淺色區域,被NASA暱稱為冥王星之心。
冥王星之心
新視野團隊非正式地將冥王星的心形區域命名為"Tombaugh Regio",以紀念發現了矮行星的天文學家Clyde Tombaugh。冥王星"心臟"西側波光粼粼的區域被非正式地稱為"Sputnik Planitia"盆地。 湯博區東部有6200米高的高山,西部是由水冰與氮冰覆蓋的廣闊平原。
"Sputnik Planitia"盆地邊緣
這張照片說明了其複雜性,包括冥王星冰冷平原的多邊形形狀,其兩個山脈以及一個似乎新的冰冷沉積物侵襲了古老的坑坑窪窪地形的區域。NASA艾姆斯研究中心的天體物理學家和行星科學家Tanguy Bertrand近期在《地球物理研究雜誌》發表一篇論文"冥王星的心臟調節著大氣迴圈:高解析度和多年數值氣候模擬的結果。"稱Sputnik Planitia盆地中大量的氮沉積製造了冥王星表面的風,塑造了地表。
冥王星稀薄的大氣大部分是氮氣,也有少量的二氧化碳和甲烷。Sputnik Planitia區中存有大量的固態冷凍氮冰,白天溫度升高昇華成為氮蒸氣。在晚上,過程逆轉,氮氣再次凍結,掉到地表。每天都在迴圈重複,這片心形區如它的外形般,擔負起了心臟的職責,像一個泵般為冥王星這片區域周圍泵送氮氣。
冥王星表面的風向與行星自轉方向相反,這可能是造成冥王星表面奇特面貌的原因。當稀薄的富氮的風沿著地表吹動時,它傳遞熱量,冰粒和霧狀顆粒,從而在冥王星北部和西北部地區形成深色的風條紋和平原。顯示出即使冥王星的大氣密度非常低,風也會塑造地貌的事實。
冥王星心臟的左葉Sputnik Planitia盆地是冥王星表面的低窪區,並且擁有冥王星大部分的氮,平均深達3公里,最寬有1,000公里。冥王星之心右葉主要是高原和氮冰川。新視野號探測器完全革新了人們對冥王星的認知,這是個很有趣的星球,冥王星的大氣密度比地球稀薄100000倍,卻產生了風來塑造自己的表面。
通過新視野號的資料,科學家們建立了冥王星的天氣預報模型,冥王星的風一般是向西吹,與冥王星自轉方向相反,風速一般超過4公里每小時,固態冷凍氮冰在北部昇華成蒸氣,然後在南部再次變成冰時,這種氮的活動就行地球的水一樣,驅動著大氣的運動,產生了西風。冥王星的超低溫氮風在我們的太陽系中可能是獨一無二的。研究人員也發現了另一類風,它沿著Sputnik Planitia盆地的西邊緣快速移動吹過。地球上也有類似的風,它們沿著盆地的邊緣流動。極低的行星表面溫度和氮蒸汽、四公里以上的風速使得冥王星的風比-231攝氏度更冷,冥王星重新整理了人們對它單調的認識;冥王星的風也是目前已知太陽系內最冷的自然風了。