新浪科技訊 北京時間10月15日消息，據(jù)國外媒體報道，每當冥王星經(jīng)過一顆恒星的前面時，我們就能探測到有關(guān)其大氣層的寶貴信息。之所以寶貴，是因為冥王星的掩星現(xiàn)象非常罕見。在2019年5月10日的《天文學和天體物理學》雜志上，發(fā)表了一項由巴黎天文臺的研究人員經(jīng)過幾十年觀測而得的研究結(jié)果。根據(jù)“新視野號”探測器于2015年收集的數(shù)據(jù)，科學家對冥王星掩星過程的物理參數(shù)進行了解釋，這些參數(shù)對于更好地了解冥王星的氣候，以及預(yù)測這顆矮行星未來的恒星掩星事件非常重要。

　　和地球類似，冥王星的大氣層主要也是由氮氣構(gòu)成，但比較僅限于此。冥王星軌道在海王星之外，要花248個地球年才能繞太陽轉(zhuǎn)一圈。在冥王星的一年中，它與太陽的距離在30至50天文單位之間變化，導(dǎo)致了極端的季節(jié)循環(huán)。

　　冥王星表面溫度極低，可低于-230℃（40°K）。那里存在一種固態(tài)-氣態(tài)平衡，其中稀薄的大氣基本為氮氣，與表面冰層共存。據(jù)估計，如今冥王星的氮蒸氣的壓力穩(wěn)定在1.3帕斯卡左右（而地球上的壓力約為10萬帕）。

　　由于冥王星的傾角（極軸與軌道平面之間的夾角）為120度，因此其兩極會出現(xiàn)連續(xù)數(shù)十年的白晝，然后是同樣漫長的極夜。這導(dǎo)致了冥王星表面揮發(fā)性物質(zhì)如氮、甲烷和一氧化碳的重新分布，并形成復(fù)雜的物質(zhì)循環(huán)。冥王星在1988年到達晝夜平分點，然后在1989年移動到近日點（30au）。從那時起，這顆矮行星就不斷地遠離太陽，在2016年時距離達到了32ua，這意味著它的平均日照減少了25%。

　　預(yù)測與結(jié)果的矛盾

　　如果你以為冥王星的大氣壓會因此急劇下降，那就想得太簡單了。根據(jù)氮的氣-冰平衡，表面每降低一個開氏度，氣壓就應(yīng)該降低一倍。然而觀測結(jié)果恰恰相反。2019年5月10日發(fā)表在《天文學和天體物理學》雜志上的這篇文章提供了證據(jù)。文章中分析了近30年來在冥王星北半球春季觀測到的十幾次恒星掩星，發(fā)現(xiàn)1988年至2016年間，冥王星的大氣壓增加了三倍。

　　自20世紀90年代以來，冥王星的全球氣候模型（GCM）就已經(jīng)將這種自相矛盾的情況考慮在內(nèi)，但該結(jié)果并不確定，只是眾多情況之一。模型的幾個重要參數(shù)仍然受到觀測結(jié)果的限制。如今，通過這些來自地球的恒星掩星觀測結(jié)果，加上2015年7月美國國家航空航天局（NASA）新視野號（New Horizons）探測器飛越冥王星時收集的數(shù)據(jù)，天文學家可以描繪出更加精確的場景模型。

　　新視野號繪制了這顆矮行星表面冰層的分布和地形，揭示了一個直徑超過1000公里、深4公里的巨大盆地，位于冥王星赤道附近，緯度在25°S到50°N之間，稱為“史波尼克高原”（Sputnik Planitia）。該盆地將冥王星大氣中一部分可用的氮鎖住，形成了一個巨大的冰川。這才是冥王星氣候的真正“心臟”，通過氮的升華，它可以調(diào)節(jié)這顆矮行星的大氣循環(huán)。

　　此外，掩星觀測結(jié)果限制了模型中的下層土熱慣量，解釋了從到達近日點（1989年）至今，30年來仍然可以觀測到的氣壓增長相移。下層土先是將熱量儲存起來，然后逐漸釋放，這一過程還在進行之中。掩星觀測結(jié)果還限制了由氮冰反射回太空的太陽能比例（球面反照率），以及氮冰本身的輻射率。

　　最后，這些觀測消除了在冥王星南半球存在氮儲集層的可能性（目前處于極夜），否則表面最大氣壓的出現(xiàn)要比觀測到的結(jié)果早得多。

　　這項研究很好地說明了地面觀測和空間觀測之間的互補性。如果沒有“新視野號”的飛掠，我們對冥王星表面冰層的分布和地形將仍然未知；如果沒有對冥王星大氣的長期監(jiān)測，其氣候模型也將無法受到約束。

　　什么是掩星？

　　巧合的是，在20世紀的最后幾十年和21世紀的頭幾十年里，地球、冥王星和遙遠的銀河系中心稠密的恒星場幸運地排成了一線。這一巧合意味著冥王星會相對頻繁地從我們和背景恒星之間經(jīng)過。當這種情況發(fā)生時，它的影子會落在地球上。天文學家將這種現(xiàn)象稱為掩星。

　　在掩星期間，任何恰好位于陰影路徑內(nèi)的天文臺都可以進行觀測到，當冥王星經(jīng)過恒星前方時，它似乎消失了，然后隨著行星排列的變化，它又重新出現(xiàn)。對于地球表面的任何地方，冥王星的掩星過程最多持續(xù)幾分鐘。

　　掩星技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究外太陽系多種天體（包括小行星、彗星、行星和矮行星）的軌道、光環(huán)、衛(wèi)星、形狀和大氣層等特征。

　　通過比較觀察者在地球上不同位置所觀測到的結(jié)果，可以計算出掩星天體的大小和形狀。如果這個物體有大氣層，那么當星光閃爍幾秒鐘后又重新出現(xiàn)時，星光在穿過其大氣層時就會因吸收和折射而改變。

　　自從20世紀80年代第一次成功的掩星觀測以來，一系列結(jié)果已經(jīng)幫助天文學家建立了對冥王星半徑越來越精確的測量方法，并不斷加深我們對其大氣溫度和壓力的了解。

　　未來掩星事件

　　恒星掩星事件還提供了冥王星在1988年至2016年間的19個位置，在天空中的精度達到了幾毫弧秒（mas）。這樣的精度，還要歸功于歐洲空間局蓋亞任務(wù)第二階段數(shù)據(jù)的發(fā)布。在此基礎(chǔ)上，研究人員可以計算出冥王星在未來十年同樣高精度的星歷。

　　因此，未來天文學家將可能通過觀察冥王星的其他掩星事件來監(jiān)測其氣候。理論模型表明，冥王星的大氣層目前正接近其最大膨脹狀態(tài)。未來的觀測可能證實，或者否定這一預(yù)測。我們會很快看到這種氣壓的緩慢下降嗎？是否到最后，冥王星的大氣壓力會減少到原來的二十分之一，表面覆蓋著一層薄薄的有光澤的“白霜”呢？（任天）