像泰坦一样,冥王星的气氛朦胧,但原因不同

2020-12-29 00:55:44

土星的卫星泰坦之所以与众不同,部分原因是其橙色和朦胧的气氛。实际上几乎看不到表面特征,因为雾度在光谱的可见部分非常不透明;我们所知道的来自雷达图像之类的东西。雾度是高层大气中受紫外线辐射驱动的化学反应的产物。然后,这些分子级联成更大,更复杂的有机(提醒:这并不意味着生物学)分子。

新视野号对冥王星的任务表明,矮行星也有薄雾。在冥王星微薄的大气中,它并不那么显眼,但它确实存在(实际上与海王星的卫星“海卫一”上的类似)。由于冥王星的大气层与泰坦大气层的上游没有什么不同,因此人们认为相同的化学物质是造成这种现象的原因。

但是,兰斯香槟-阿丁大学的Panayotis Lavvas领导的一项新研究表明,冥王星的阴霾可能需要不同的解释。在两个物体上,大气层都包含甲烷,一氧化碳和氮气。但是,如果Titan的过程在Pluto上以相同的速度运行,那么雾度颗粒将无法满足我们在此处测量的水平。由于冥王星的大气层甚至比土卫六上的高层大气还要冷,因此雾度化学反应在冥王星上的运行速度应该更慢。

那么其他一些过程可能很重要吗?为了兑现这个想法,研究小组使用了大气化学模型模拟,包括向冥王星表面沉降的粒子物理学。模拟显示反应发生时,紫外线辐射会形成一些简单的有机化合物,如在泰坦上。但是那些化学物质仍然分散。为了产生雾度,您需要制造包含这些化合物的颗粒,这就是事情发散的地方。

在冥王星上,事物始于氰化氢(一氢,一碳,一氮),它可以在高层大气中冻结成微小的冰粒。这些由于重力而开始向下沉降。当它们沉降时,它们充当种子,使气相中的其他简单有机化合物凝结在其表面上。这样,它们可以帮助生成雾度粒子,而无需像在Titan上那样进行所有反应来生成更复杂的分子。

靠近冥王星的表面,粒子沉降更慢,温度升高。如果氰化氢冰粒是裸露的,该模型表明它们可能会升华,变成气体。但是,围绕它们的其他有机层将它们绝缘并保存下来。粒子碰撞也变得很重要,形成更大的粒子团块。除了这种颗粒涂层行为外,其他一些简单的有机物也能够自行冻结,从而贡献了更多的颗粒。

该模型的最终结果是化学和雾度颗粒的垂直分布,与冥王星大气的测量结果更加一致。与土卫六相比,这种解释依赖于简单的有机冰粒,而不是形成越来越大的有机分子。

这实际上会对冥王星大气层的温度产生一些影响。 与土卫六的雾霾颗粒相比,这些冰粒应该吸收较少的入射太阳能,并且将能量释放回太空的效率也较低。 研究人员说,解决这个问题可以更好地估计这种颗粒混合物的光学性质,但需要对冥王星气候模型进行一些重新思考。 至于特里顿的阴霾,他们说这可能是冥王星过程的更极端版本。 当月球的温度甚至更低时,最初形成的冰粒将占主导地位,从而在混合颗粒涂层过程中的作用较小。 因此,这两个世界与泰坦有很大不同-不仅是因为它们看起来像白色的雪球,而不是光滑的橙色粉扑。