已经发射14年的新视野号探测器,在2015年接近飞掠冥王星时,人们仿佛擦干净了窗户上水汽,第一次清晰的看到了冥王星的面貌。

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那年7月14日,新视野探测器接近到冥王星附近12500公里范围内,人们在这个太阳系偏远地区的星球上,发现了它有和地球一样的地貌景观——白雪皑皑的山脉。

冥王星上的雪

冥王星上刮的风大概是太阳系内最冷的,在冥王星标志性的心形氮冰平原的西南部,一片山脉的顶部被积雪覆盖,就像地球上那些高海拔的山脉白了头。

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虽然和地球的山脉雪帽长得很像,但那些雪并不是由水产生。新视野号利用光谱进行成分分析发现,覆盖这些山脉的明亮雪帽物质不是水,而是在高海拔处凝结成霜的大气甲烷。

冥王星是一个极端寒冷的世界,地表温度最低低至-240摄氏度,而且大气稀薄。

在其稀薄的大气中甲烷其实并不多,冥王星的大气层主要是氮,甲烷和一氧化碳只是微量。由于只有微量的甲烷,刚开始看见冥王星雪山景象的时候,科学家很难解释那么多甲烷雪的成因。

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在地球上,温度随海拔的升高而降低,大约每100米下降1摄氏度。我们的对流层大气温度主要是来自于地面的加热,海拔越高空气越稀薄,空气吸收地面热量的能力越差,所以随高度增加而温度降低。

地球的潮湿空气上升,冷却到一定程度时,它就凝结成雪落下,为高海拔山脉盖上漂亮的雪帽。这在地球上是一个很容易理解的现象,但它不能解释冥王星甲烷雪的成因。

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今年法国国家科学研究中心的科学家首次解答了这个问题,在冥王星上,存在着逆温现象,它与地球完全相反:你爬得越高,温度就越高。

因为太阳辐射,冥王星高空的平均大气温度比地面高几十度,低海拔地区反而是最冷的,因为冥王星表面主要是氮冰,太阳辐射照射时,氮冰大量吸热,造成温度更低。

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最冷的地方就是那片心形氮冰平原。

通过建立大气模型,科学家发现冥王星大气会将甲烷集中在更高的海拔。之所以新视野号探测器分析其大气构成,甲烷微量,是因为甲烷在大气运动下长时间的在高海拔地区堆积,造成低海拔地区甲烷十分稀少。

冥王星没有像地球那样厚厚的、绝缘的大气层,大气无法为地表保温。

因此地表附近的超低温空气密集而沉重,并想要一直向下流动。而且在其他研究的气候模拟中,这种情况在冥王星的所有地方都存在。

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冥王星被下坡风主导,山顶却出现积雪,让人十分费解。从上图可以看出,它的气流运动与地球完全不同。

在法国科学家给出的解释中,原来是甲烷熔点比氮气熔点更高,密度更小,使得单位质量更轻。甲烷的吸热过程不会发生在表面有氮冰的地区,因为氮冰可以升华大幅度降低附近大气的温度,达不到甲烷的熔点。

只有高海拔地区的甲烷才有机会挥发,氮气选择下沉,甲烷气体得以处在更高的区域。在下沉中冷却,降在高海拔的山脉之上。

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久而久之甲烷气体向更高海拔地区富集,而低海拔的甲烷只能被氮冰雪藏,难以加入物质大循环。随着高海拔空域甲烷浓度越来越高,它会达到饱和点,进入黑夜缺乏太阳辐射变冷后,它们以雪的形式落在山顶上。

这是距离地球五十多亿公里外的降雪。

当甲烷雪在山上形成时,它增加了反照率,得以让在被太阳辐射照射时,减少了自己挥发的速度和吸热。随着温度的下降,更多的甲烷雪也会降在山脊之上。

和地球的降雪相比,它们形成的原理不同,利用的材料不一样,却产生了相同的景观。

虽然新视野号在五年前从冥王星飞掠,但其获得的数据给科学家带来的众多问题,今天尚有很多未能解答。

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在新视野号抵达冥王星之前,就算是最先进的哈勃太空望远镜,也看不清这颗偏远星球,以往我们根本不知道它的表面、大气和气候是如此复杂。

科学家们仍在处理新视野号路过冥王星获得的所有数据,更多的有趣现象还有待解构和公布。

在将要远离冥王星的时候,新视野号回望这颗矮行星,拍摄了这张即将日落的照片,上面有崎岖的、冰冷的山脉和平坦的冰原,寂静而荒芜,让人深感生命的珍贵。

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各子开始期待未来向冥王星发射轨道器甚至着陆器,但基于现有的技术水平和资金限制,下一次人们再如此接近冥王星,恐怕都是2050年以后了。

只愿你我活得够久,每个人生活不只有苟且,我们每个人都是时代的见证者,虽没有参与进这些计划,但我们十分幸运的见证了人类航天领域高速发展,中国航天也是最重要的参与者之一,这是一个发现的时代。(图片来自网络,如侵删)