冥王星绕太阳一圈要248年。人类从1930年发现它到现在,连它一个完整"冥王星年"的一半都没走完。我们对它的了解,还停留在"刚认识"的阶段。而就在这个阶段里,科学家发现了一件不太妙的事:冥王星的大气层,可能正在塌缩。
这不是科幻设定,是行星科学界正在认真讨论的一个判断。而且,这个判断背后有一场持续了几十年的"辩论"——正方说大气会随季节消失又回来,反方说没那么简单。最新的数据,开始往正方那边倾斜了。
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一颗"不该有"大气层的星球
先说一个反常识的事实:冥王星是海王星轨道之外唯一拥有大气层的天体。在太阳系那个又冷又黑、被称作柯伊伯带的区域里,它是唯一一个给自己"裹"了一层气体的家伙。
这层大气以氮为主,混着一点甲烷、一氧化碳和碳氢化合物。稀薄到什么程度?大概就是"聊胜于无"的水平。但它的存在本身,就已经是个异类。
更奇怪的是,冥王星的大气可能不是"永久配置",而是"季节限定"。
原因在于冥王星的轨道。它绕太阳的路径是个明显的椭圆,加上自转轴倾角很大,导致它在248年的公转周期里,接收到的阳光量会发生剧烈变化。离太阳近的时候,表面一些冰会升华成气体,撑起大气;离太阳远的时候,温度骤降,气体可能重新冻结回地表。
也就是说,冥王星的大气可能是"呼吸式"的——随着季节膨胀和收缩。这个理论假说,行星科学家已经讨论了很多年。但讨论归讨论,要拿到证据,难度极大。
怎么"称"一颗50亿公里外星球的大气
冥王星太远了,远到没法派探测器常驻。人类目前唯一一次近距离拜访,是2015年NASA的新视野号飞掠。那次任务拍到了迄今最清晰的冥王星大气图像,也揭示了出乎意料的复杂性。但飞掠只有一次,之后怎么办?
科学家用的是一个很巧的办法:恒星掩星。
原理说人话就是——当冥王星恰好从一颗遥远恒星前面经过时,恒星的光会穿过冥王星的大气层再到达地球。科学家盯着这束光看,就能从光的"变形"里读出大气的信息:高度、气压,甚至大气波和雾霾的痕迹。
这个方法的第一次成功,是在1988年。冥王星1930年就被发现了,但它的气氛直到1988年才被确认。中间隔了58年。
不过掩星有个硬伤:它要求冥王星和背景恒星精确对齐,这种机会一年可能只有一两次。而且信号极其微弱,不同望远镜、不同分析方法得出的结果可能对不上。这就导致一个尴尬局面:数据是有的,但拼不出一张连贯的"大气变化图"。
亚利桑那州图森市行星科学研究所的行星科学家Amanda Sickafoose在接受Eos邮件采访时解释了这个方法的本质:"恒星掩星提供的是冥王星大气在某一时刻物理性质的快照。星光穿过稀薄大气所走的路径,取决于大气的成分,以及温度和密度剖面。"
Sickafoose正是这项新研究的第一作者。
把37年的数据"对齐"之后
面对数据不统一的难题,Sickafoose和同事换了个思路:不去纠结单次观测的差异,而是把1988年到2023年的所有冥王星掩星数据汇总起来,用统一的方法重新分析一遍。
这批数据里,包括2017年至2023年间的10次新掩星观测,观测地点分布在全世界15个以上的望远镜站点。
统一分析的好处是,能把"望远镜本身的差异"压到最低,从而把冥王星大气随时间演化的细节"挤"出来。
结果指向一个方向:冥王星的大气气压正在下降。
如果这个趋势成立,它可能意味着——在冥王星的冬天到来之前,大气正在走向塌缩。
正反两方的分歧在哪
这里需要冷静一下。因为这场辩论并没有结束,只是天平在移动。
正方(季节循环派)的观点是:冥王星大气随季节涨落,是轨道几何决定的必然结果。气压下降,就是"入冬"的信号。等到冥王星运行到远离太阳的那一端,大气可能大部分冻结回地表,几乎变成"无气"状态。
反方(复杂因素派)的顾虑则更谨慎:掩星数据本身噪声大、样本稀疏,一年才一两次机会,3
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