關(guān)于作者

 鄭永春,博士,中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)月球與深空探測(cè)研究部、中國(guó)科學(xué)院月球與深空探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員。2000年起參與探月工程、深空探測(cè)等國(guó)家重大科技任務(wù)。主要研究領(lǐng)域?yàn)樾行堑刭|(zhì)與遙感。
首批香江學(xué)者計(jì)劃入選者,中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)首批入選者,中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)代表。先后獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)、我國(guó)首次月球探測(cè)工程有功人員獎(jiǎng)、探月工程嫦娥二號(hào)任務(wù)突出貢獻(xiàn)者獎(jiǎng)、香江學(xué)者獎(jiǎng)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等。

冥王星的天是藍(lán)藍(lán)的天?

鄭永春
2015年10月22日
冥王星的天是藍(lán)藍(lán)的天,地球上的人們好喜歡。
冥王星上的藍(lán)天(NASA/JHUAPL/SwRI)。本圖由新視野號(hào)探測(cè)器上的多光譜可見(jiàn)光相機(jī)(Multispectral Visible Imaging Camera,MVIC)拍攝,該相機(jī)屬于可見(jiàn)-紅外成像光譜儀(Ralph)的組成部分。本圖并非是直接拍攝的圖像,而是通過(guò)圖像處理軟件,把藍(lán)、紅、近紅外圖像合成在一起制作的,更接近人眼可以感知的圖像。 
冥王星上的藍(lán)天(NASA/JHUAPL/SwRI)。本圖由新視野號(hào)探測(cè)器上的多光譜可見(jiàn)光相機(jī)(Multispectral Visible Imaging Camera,MVIC)拍攝,該相機(jī)屬于可見(jiàn)-紅外成像光譜儀(Ralph)的組成部分。本圖并非是直接拍攝的圖像,而是通過(guò)圖像處理軟件,把藍(lán)、紅、近紅外圖像合成在一起制作的,更接近人眼可以感知的圖像。
根據(jù)2015年10月8日公布的最新圖片,顯示冥王星上空有一層薄薄的藍(lán)色霧霾層。

科學(xué)家推測(cè),冥王星高空的霾層與土衛(wèi)六上的霾層在本質(zhì)上是相似的,都是太陽(yáng)光引起大氣中的氮?dú)夂图淄榘l(fā)生光化學(xué)反應(yīng),生成煙灰狀的小顆粒。這些顆粒將逐漸沉降到天體表面。著名的行星科學(xué)家卡爾.薩根把這些煙霧顆粒稱(chēng)為索林(?tholins)。

科學(xué)家最早在土衛(wèi)六泰坦(Titan)的大氣層研究中提出了這種大氣化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)大氣層中含有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、氨(NH3)、水(H2O)、 甲醛(HCHO)、硫化氫H2S)等成分時(shí),太陽(yáng)光的紫外照射或放電提供的能量,將驅(qū)動(dòng)大氣光化學(xué)反應(yīng),合成一種復(fù)雜的固態(tài)有機(jī)化合物,被稱(chēng)為索林。

索林本身的顏色可能是灰色或者紅色的,但在大氣層中,這些煙霧顆粒會(huì)散射藍(lán)光,使得天空呈現(xiàn)藍(lán)色。冥王星上淺藍(lán)色的天空泄露了它的大氣成分和煙塵顆粒大小的秘密。通常情況下,藍(lán)色的天空一般是很細(xì)小的顆粒散射太陽(yáng)光導(dǎo)致的,地球上的藍(lán)天是極微小的氮?dú)夥肿右鸬?,而冥王星上的顆粒會(huì)稍微大一些,類(lèi)似于我們熟知的煙塵。

科學(xué)家相信,在冥王星的高層大氣中,太陽(yáng)光中的紫外線分解并電離大氣中的氮?dú)夥肿优c甲烷分子,形成復(fù)雜的帶正電和負(fù)電的離子。當(dāng)這些帶電離子結(jié)合時(shí),就會(huì)形成非常復(fù)雜的有機(jī)大分子。有機(jī)大分子繼續(xù)發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng),并逐漸長(zhǎng)大,最終形成細(xì)小顆粒物。當(dāng)這些顆粒像雪粒子一樣沉降到冥王星表面時(shí),會(huì)給地表蒙上一層淡淡的紅色或灰色。


冥王星藍(lán)色天空的近景照片(NASA/JHUAPL/SwRI)。正是這種被稱(chēng)為索林的復(fù)雜有機(jī)化合物導(dǎo)致冥王星上空呈現(xiàn)迷人的藍(lán)色。 
冥王星藍(lán)色天空的近景照片(NASA/JHUAPL/SwRI)。正是這種被稱(chēng)為索林的復(fù)雜有機(jī)化合物導(dǎo)致冥王星上空呈現(xiàn)迷人的藍(lán)色。

根據(jù)可見(jiàn)-紅外成像光譜儀(Ralph)的探測(cè)數(shù)據(jù),獲得的另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是,在冥王星上,發(fā)現(xiàn)了一些暴露在地表的水冰。


冥王星上的水冰(NASA/JHUAPL/SwRI)。本圖利用可見(jiàn)-紅外成像光譜儀(Ralph)的圖像數(shù)據(jù)合成,圖中水冰暴露的區(qū)域被突顯成藍(lán)色。圖中埃利奧特坑(Elliot)左側(cè)的維吉爾峽谷(Virgil Fossa)是該區(qū)域水冰信號(hào)最強(qiáng)的地區(qū),圖片上部的維京地帶和右側(cè)的巴雷山脈(Bar  Montes)也暴露出較多水冰。
冥王星上的水冰(NASA/JHUAPL/SwRI)。本圖利用可見(jiàn)-紅外成像光譜儀(Ralph)的圖像數(shù)據(jù)合成,圖中水冰暴露的區(qū)域被突顯成藍(lán)色。圖中埃利奧特坑(Elliot)左側(cè)的維吉爾峽谷(Virgil Fossa)是該區(qū)域水冰信號(hào)最強(qiáng)的地區(qū),圖片上部的維京地帶和右側(cè)的巴雷山脈(Bar Montes)也暴露出較多水冰。[/caption]

冥王星上有大量的水,所以有水冰并不稀奇。但是,相對(duì)于氮冰、甲烷冰來(lái)說(shuō),水冰的揮發(fā)性要低得多,所以冥王星上的絕大部分地區(qū)都應(yīng)該被氮冰和甲烷冰等更具揮發(fā)性的冰覆蓋的,水冰一般會(huì)被掩埋在其他冰層的下面,很難出露在地表。為什么冥王星上會(huì)有暴露在地表的水冰?

而且,暴露水冰的區(qū)域與冥王星彩色照片上的兩紅色區(qū)域?qū)?yīng)得很好,這些紅色的水冰更讓人感到迷惑。暴露在地表的水冰與沉降到地表的紅色索林之間是否存在什么聯(lián)系?這一謎團(tuán)還有待進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)。