2019-05-14 19:32:01
冥王星上的春天 30多年的分析

每当它经过一颗恒星前,冥王星就会提供有关其大气层的宝贵信息,因为冥王星的掩星是罕见的。巴黎天文台的研究人员在几十年的观测中所做的调查发表在2019年5月10日的天文学和天体物理学杂志上。根据探索新视野2015年收集的数据进行了解释,它允许他们改进物理参数。对于更好地了解冥王星的气候以及预测未来矮行星的未来恒星掩星至关重要。

像地球一样,冥王星的大气基本上由氮气组成,但比较在那里停止。

除了海王星之外,冥王星需要248年才能完成围绕太阳的彻底革命。在普鲁托尼亚年期间,它与太阳的距离在30到50 au之间变化很大,导致极端的季节性周期。

由于表面温度极低,低于-230°C(40°K),因此存在固气平衡,其中基本上氮的脆弱气氛与表面冰沉积物共存。今天,估计氮气蒸汽稳定在1.3帕斯卡附近的压力(而我们星球上的压力约为10万帕)。

由于它在120度处倾斜(极轴和轨道平面之间形成的角度),冥王星的极点连续几十年面临永久性的一天,然后是永久的夜晚。这导致其挥发性物质(例如氮,甲烷和一氧化碳)的重新分布的复杂循环。因此,冥王星在1988年得到了它的分点,然后在1989年进入近日点(30 au)。从那以后,矮行星在2016年不断地从太阳移动到达32 ua,这意味着他的平均值损失了25%日晒。

天真地,预计大气压会急剧下降。事实上,氮的气 - 冰平衡表明,对于开尔文在表面损失的每度,压力应该减少两倍。

但恰恰相反。该证据由2019年5月10日A&A中出现的文章提供,该文章分析了近30年来在冥王星北半球春季观测到的十几个恒星掩星:大气压力增加了三倍在1988年至2016年之间。

自20世纪90年代以来,冥王星的全球气候模型(GCM)就已经考虑过这种自相矛盾的情景,但不确定的是,作为其他许多情景中的一种情况。该模型的几个重要参数仍然受到观测的限制。

这些对来自地球的恒星掩星的观测,再加上2015年7月NASA New Horizons冥王星飞越期间收集的数据,现在可以编写更准确的场景。

New Horizons绘制了矮行星表面冰的分布和地形图,显示了直径超过1000 km,深4 km的巨大凹陷,位于纬度25°S至50°N之间的赤道附近,称为Sputnik埃律西昂。这种凹陷锁定了大气中可利用的一部分氮,形成了一个巨大的冰川,这是矮行星气候的真正“心脏”,因为它通过氮的升华来调节大气环流。

此外,恒星掩星可以限制模型的底土热惯性,解释了过渡到近日点(1989)与今天仍然观察到的压力增长之间的30年相移。底土储存了热量并逐渐恢复。掩星也限制了返回太空的太阳能(氮反应堆)的氮冰及其发射率。

最后,这些观察消除了南半球(目前处于永久性夜晚)存在氮气储存的可能性,这将产生比观察到的更大的压力。

这项研究很好地说明了地基和空间观测之间的互补性。如果没有新视野的飞越,冰的分布和地形仍然是未知的,如果没有长期的大气监测,冥王星的气候模型就不会受到限制。

预测未来的掩星

最后,在1988年至2016年期间,掩星也提供了19个冥王星的位置,在天空中具有几毫毫秒(mas)的无与伦比的精确度。由于欧洲盖亚任务的数据发布2,这样的精度可以让作者在未来十年内以相同的精度计算冥王星的星历表。

因此,有可能观察冥王星的其他掩星并监测其气候......理论模型表明冥王星的大气层目前接近其最大扩张。未来的观察可以证实或反驳这一预测。我们是否会很快看到这种缓慢下降的开始,它应该在最后减少冥王星的大气压力20倍,并在其表面覆盖一层薄薄的光泽“白霜?”

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