卡戎在北极的红帽? 我们可能有答案

冥王星最大的卫星,卡戎,一开始是一颗美丽、光滑的红葡萄,直到有人出现,主要是剥皮,试图扼杀它,然后放弃并走开,让可怜的月亮看起来像是绝对的讽刺. 好吧,也许这并不是发生的事情,但卡戎看起来一团糟,科学家们想知道为什么。 别介意它平滑的赤道,但它的红色帽子是怎么回事? 它是从哪里来的,为什么是红色的?

在最近发表的两项研究中 科学进步地球物理研究快报, 西南研究所 (SwRI) 的科学家将美国宇航局新视野任务的数据与新的实验室实验和外层模型相结合,以揭示冥王星卫星卡戎上红帽的可能组成及其形成方式。 首次使用新的实验数据对卡戎的动态甲烷大气进行了描述,这让我们对最近两篇论文中描述的这颗卫星红斑的起源有了一个迷人的了解。

西南研究所的科学家们将美国宇航局新视野任务的数据与新的实验室实验和外大气层模型相结合,以揭示冥王星卫星卡戎上红帽的可能成分以及它可能是怎样形成的。 新的发现表明,卡戎稀薄的大气中剧烈的季节性波动以及分解凝结的甲烷霜的光线可能是了解卡戎红极区起源的关键。 (图片来源:NASA/约翰霍普金斯 APL/SwRI)

“在新视野号之前,最好的哈勃冥王星图像只显示了反射光的模糊斑点,”新视野号科学团队成员、SwRI 的兰迪格拉德斯通说。 “除了在冥王星表面发现的所有迷人特征外,飞越还揭示了冥卫一不寻常的特征,一个以北极为中心的令人惊讶的红色帽子。”


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2015 年相遇后不久,新视野号的科学家们提出,可以通过紫外线分解甲烷分子来合成卡戎极点的红色“tholin-like”材料。 这些是在逃离冥王星后捕获的,然后在漫长的冬夜中被冻结在月球的极地地区。 Tholins 是由光驱动的化学反应形成的粘性有机残留物,在这种情况下,是由星际氢分子散射的莱曼-α 紫外光。

“我们的研究结果表明,卡戎稀薄的大气中的剧烈季节性激增以及分解凝结的甲烷霜的光线是了解卡戎红色极区起源的关键,”科学进展论文的第一作者、SwRI 的 Ujjwal Raut 博士说。 “这是迄今为止在行星体上观察到的表面-大气相互作用最具说明性和最明显的例子之一。”

该团队在 SwRI 新的实验室天体物理和空间科学实验中心 (CLASSE) 真实地复制了卡戎表面条件,以测量甲烷在莱曼-阿尔法辉光下冻结时在卡戎冬季半球产生的碳氢化合物的成分和颜色。 该团队将测量结果输入到卡戎的新大气模型中,以显示甲烷在卡戎的北极点分解成残留物。

“我们团队新颖的‘动态光解’实验为行星际莱曼-α对卡戎红色物质合成的贡献提供了新的限制,”劳特说。 “我们的实验在暴露于莱曼-α光子的超高真空室中浓缩甲烷,以高保真度复制卡戎两极的条件。”

SwRI 科学家还开发了一种新的计算机模拟来模拟 Charon 稀薄的甲烷大气。

地球物理研究快报论文的主要作者本·泰奥利斯博士说:“该模型指出,冥王星绕太阳的长途旅行期间条件发生了极端变化,导致卡戎大气中的‘爆炸性’季节性脉动。”

该团队将 SwRI 超现实实验的结果输入大气模型,以估计在紫外线影响下甲烷分解产生的复杂碳氢化合物的分布。 该模型具有主要产生乙烷的极区,乙烷是一种无色物质,不会导致偏红。

“我们认为来自太阳风的电离辐射分解了莱曼-阿尔法煮熟的极地霜,从而合成了越来越复杂、更红的材料,这些材料是这颗神秘卫星上独特反照率的原因,”劳特说。 “乙烷的挥发性比甲烷小,而且在春季日出后很长一段时间内都会冻结在卡戎的表面上。 暴露在太阳风中可能会将乙烷转化为持久的微红色表面沉积物,从而形成卡戎的红帽。”

“该团队将研究太阳风在红极形成中的作用,”SwRI 的 Josh Kammer 博士说,他获得了 NASA 新前沿数据分析计划的持续支持。

卡戎深入

如前所述,卡戎是 冥王星的五个卫星中最大的一个 以及相对于其母体最大的已知卫星。 它于 1978 年 6 月由詹姆斯克里斯蒂和罗伯特哈灵顿在亚利桑那州弗拉格斯塔夫的美国海军天文台发现。 卡戎的 表面 寒冷,覆盖着甲烷和氮冰,可能还有水冰。 夏威夷双子座天文台的地面观测假设卡戎甚至可能以冰粒间歇泉的形式出现冰火山活动。 虽然哈勃太空望远镜在 1994 年拍摄了冥王星和卡戎,但直到新视野号宇宙飞船 2015年飞越冥王星系统 Charon 进行了第一次(也是唯一一次)近距离研究。 这艘开创性的宇宙飞船揭示了一个地质混乱历史的世界,沿着月球赤道的大峡谷系统可能表明卡戎过去某个时候发生了巨大的地质剧变。

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卡戎的高分辨率图像由美国宇航局新视野号宇宙飞船上的远程侦察成像仪拍摄,在 2015 年 7 月 14 日最接近之前不久,并覆盖了拉尔夫/多光谱视觉成像相机 (MVIC) 的增强色彩。 Charon 顶部的火山口高地被一系列峡谷所打破,底部被非正式命名为 Vulcan Planum 的起伏平原所取代。 该场景覆盖了 Charon 1,214 公里(754 英里)的宽度,并解析了小至 0.8 公里(0.5 英里)的细节。 (来源:NASA/JHUAPL/SwRI)

我们什么时候会回到冥王星系统,我们将解开冥王星最大卫星的哪些秘密? 只有时间会证明一切,这就是我们科学的原因!

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新闻稿: 西南研究院

资料来源: 科学进步, 地球物理研究快报, 美国宇航局太阳系探索, 空间事实, 美国国家航空航天局