平流层红外线天文台发现隐藏在冥王星雾霾的线索

在2015年通过新视野号（New Horizo​​ns）太空船飞掠冥王星时，拍摄了许多引人入胜的影像，其中一个特征就是，这颗遥远太阳系中，小而寒冷的世界，有一个朦胧的大气层。现在，新的数据有助于解释冥王星的雾霾是如何形成，它是由60亿公里以外的太阳，在不寻常的轨道上移动时形成的。

美国太空总署的平流层红外线天文台（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，简称SOFIA）对冥王星进行远程观测发现，笼罩着薄雾的冥王星大气层，是由很小的颗粒组成，它们会在大气中保留很长时间，而不是立即掉落到大气层底下，冥王星的表面。平流层红外线天文台的数据显示，这些霾粒子不断补充。这个发现需要修改冥王星大气层，在围绕太阳轨道运行的248个地球年期间处于冰冷的太空环境，只是在某段比较接近太阳期间时才会出现的原先预测。

麻省理工学院华莱士天体物理天文台（Wallace Astrophysical Observatory）台长米高·柏臣（Michael Person）表示：冥王星是一颗使到我们不断感到惊讶的神秘星体。在较早的远程观测中曾估计可能会有雾霾，但是直到有来自平流层红外线天文台的数据后，才有确凿的证据证实它确实存在。现在我们正在质疑冥王星的大气在未来几年是否会崩溃不过它可能比我们想像的更具弹性。

平流层红外线天文台在2015年7月新视野号飞掠前两周研究了冥王星。一架经过改装的波音747飞机飞越太平洋，将机上近2.7米口径的望远镜对准冥王星，这是一次类似月掩星的事件，冥王星上淡淡的阴影，在遥远的恒星前经过时，出现的减光现象。

平流层红外线天文台在红外线和可见光波长范围内观察冥王星大气层的中间层，不久之后，新视野号太空船用无线电波和紫外线探测了它的上层和下层。如此近距离地进行的这些综合观察提供了至今为止，冥王星大气最完整的图
像。

冥王星的大气层主要是氮气，少量的甲烷和一氧化碳。随着甲烷和其它气体对阳光的反应，雾霾颗粒在大气中升上距离冥王星地面32公里以上的高空，然后慢慢如像下雨一般，降落到冥王星冰冷的表面。

当《新视野》向冥王星的大气层发送回显示蓝色雾霾图像时，发现了这些粒子的证据。现在，平流层红外线天文台的数据发现颗粒非常小，只有0.06至0.10微米厚，只是人的头发的宽度的千分之一，从而填补了更多细节。由于它们的尺寸小，当它们向表面漂移时，它们散射的蓝光比其它颜色更多，从而产生蓝色的天空。

有了这些新数据，科学家正在重新评估他们对冥王星大气命运的预测。许多预测显示，随着这颗矮行星远离太阳移动，只会蒸发更少的表层冰，产生更少的气体，同时继续造成大气向太空散逸，最终导致大气层消失。但是现时得到的数据指出，大气并没有消失，而是出现较短的周期性变化。

科学家利用从平流层红外线天文台中学到的知识来重新分析以前的观察结果，包括从平流层红外线天文台的前身古柏（Kuiper）机载天文台观察到的结果，发现雾霾会变厚，然后以仅几年的周期慢慢消失。研究人员认为，冥王星的不寻常轨道正在推动着霾的变化，因此，在调节大气层方面，比起距太阳的距离更为重要。

冥王星以长椭圆形（称为椭圆轨道）和一个角度（称为倾斜轨道）环绕太阳。它还在它的侧面旋转，导致矮行星的某些区域在轨道上的不同点暴露于更多的阳光下。当含有大量冰的区域暴露在阳光下时，大气可能会膨胀并形成更多的雾霾颗粒，但是当这些区域接收的阳光较少时，它可能会收缩并变得清晰。即使冥王星到太阳的距离增加了，这个周期仍在继续，尽管尚不清楚这种模式是否会持续下去。

柏臣表示：目前还有很多我们不了解的地方，但是我们现在不得不重新考虑以前的预测。冥王星的大气层逃逸的速度可能比以前预测的要慢，或者根本没有。我们必须继续进行监视才能发现真正的情况。

平流层红外线天文台具有独特的优势，可以利用冥王星在遥远的恒星前掠过的罕见一瞬间，在远处研究冥王星，在地球表面上投射出微弱的阴影。恒星瞬间变暗，可以分析冥王星的大气层的状况。

当年冥王星的影子以时速86,300公里，预计在新西兰附近的太平洋短暂出现两分钟。平流层红外线天文台绘制了拦截路线，但在掩星现象出现前两小时，更新的预测将见掩带向北移322公里。

平流层红外线天文台科学运作副主任威廉·雷奇（William Reach）表示：捕捉见掩带正确位置需要与时间争分夺秒。平流层红外线天文台的优势在于可移动，但是必须通过空中交通管制来清除修改后的飞行计划。有一些紧张的时刻，但是团队一起工作，我们得到了特别的批准。我们在正确的时机到达了冥王星的见掩带，并且为实现这一目标感到非常高兴！

像这样的远程观测使科学家可以监视太空船飞掠的行星，飞掠通常可以间隔很多年。平流层红外线天文台远程收集的数据与新视野号近距离飞掠收集的数据之间的互相支持，从地球进行的掩星观测可以在太空探索任务之间提供高质量的数据。

【图、文：节译自美国太空总署网页】

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。