冥王星的大氣層甚至比人們預期的距離太陽50億公里的地方還要寒冷。新的研究表明，這是因為籠罩著這顆矮行星的煙霧。
加州大學聖克魯茲分校的行星科學家張希說：“霧霾是造成所有大氣冷卻的原因。”他和他的同事在11月16日出版的《自然》雜誌上描述了這些發現。
當美國國家航空航天局的新視野號探測器於2015年7月飛掠冥王星時，它發現大氣層溫度約為-203℃，僅比絕對零度高70度。這比預測的溫度低約30度，這對行星科學家來說是一個巨大的謎團。
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弄清楚冥王星的大氣層是如何運作的，對於理解太陽系內外其他大型冰冷世界的大氣層至關重要。“在我們知道低溫的原因之前，我們無法推斷冥王星的其他季節，更不用說其他天體了，”科羅拉多州博爾德市西南研究院的行星科學家萊斯利·楊說，她沒有參與這項研究。
煙霧覆蓋層
冥王星的大氣層主要由氮氣組成，其中含有少量的甲烷等化合物。在大氣層高處——地表以上500至1000公里處——陽光引發化學反應，將其中一些氣體轉化為固體碳氫化合物顆粒。
然後，這些顆粒向下漂移，並在冥王星地表以上約350公里的地方與其他顆粒聚集，形成長長的化學鏈。當它們到達200公里高度時，這些顆粒已經轉變成厚厚的霧霾層，新視野號探測器戲劇性地看到了霧霾層覆蓋著冥王星。
張和他的同事比較了大氣氣體分子和霧霾顆粒的加熱和冷卻效應。早期的研究表明，氰化氫等氣體分子的存在可能有助於解釋為什麼冥王星的大氣層如此寒冷。但張的團隊發現，只有將霧霾包括在內，他們的模型才能與新視野號探測器飛掠這顆矮行星時測量的溫度相符。
張說：“根本的區別在於尺寸。”分子通常小於一奈米，而霧霾顆粒則有幾百奈米。這意味著氣體和霧霾在吸收和重新輻射太陽能量的方式上表現得非常不同。張說，事實證明，霧霾比氣體更有效地加熱和冷卻。
馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學的行星科學家莎拉·赫斯特說：“這是一個絕妙的想法。”
巴黎動態氣象實驗室的行星科學家唐吉·貝特朗說，科學家們可能以前沒有想到霧霾是冷卻的罪魁禍首，因為霧霾層不會阻擋光線。他和他的同事弗朗索瓦·弗蓋特研究了冥王星的大氣層。“我發現這項研究非常有說服力，”貝特朗說。
競爭的想法
但其他研究人員也提出了關於為什麼冥王星的大氣層如此寒冷的不同想法。亞利桑那大學圖森分校的行星科學家羅傑·耶勒在9月份於拉脫維亞舉行的一次會議上報告了這樣一種方法。他團隊的模型表明，氰化氫、乙炔和乙烷氣體的組合可以降溫。已知這三種氣體都存在於冥王星的大氣層中。
張的團隊和耶勒的團隊尚未調和他們相互矛盾的結論。但是，在美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡於2019年發射後，它可以驗證張的提議。如果霧霾顆粒確實是冥王星大氣層冷卻的主要因素，那麼它們將使這顆矮行星在中紅外波長下顯得相對明亮。張希望使用韋伯望遠鏡觀測冥王星，以驗證他的團隊是否正確。
本文經許可轉載，並於2017年11月15日首次發表。