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        卡戎的“紅極”之謎

        2015-09-10 07:22:44卡莉·哈維特
        飛碟探索 2015年11期
        關(guān)鍵詞:拉爾夫冥王星極地

        嗨,我是卡莉·哈維特,在位于美國科羅拉多州博德鎮(zhèn)的美國航空航天局西南研究所擔(dān)任高級研究員。2012年,我就開始為美國航空航天局的“新地平線”任務(wù)工作了。我的工作主要集中在一個名叫“拉爾夫”的儀器上。在所有儀器中,“拉爾夫”為“新地平線”號提供了一只可以看到色彩的“眼睛”。

        回到2012年,當(dāng)我開始查看“拉爾夫”拍攝的冥王星及其最大的衛(wèi)星卡戎( 冥衛(wèi)一)的圖像時,由于距離實在太遠(yuǎn),它們看上去只不過是一個光斑(它們的距離太近,視覺上根本無法分開)。所以,你可以想象,在我看到冥王星和卡戎不僅僅是兩個完全分開的天體,而且還有著各自清晰而不同的特征時,我是何等激動。而正是這些差異,特別是在卡戎上表現(xiàn)出的差異,就成了我工作的重點。

        卡莉·哈維特

        當(dāng)天體表面發(fā)生某些變化時,其顏色也會發(fā)生變化;這種差異可能是由于構(gòu)成天體表面的物質(zhì)不同造成的,或者是物理狀態(tài)(固體與液體之間的變化,或者是物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。例如,在高壓下碳會從石墨變?yōu)殂@石)改變造成的。對地球而言,這些變化我們每天都能看到,比如水和沙子,再比如石墨和鉆石。我們來看一下卡戎,你會發(fā)現(xiàn)這顆衛(wèi)星的北極區(qū)域比其他區(qū)域顯得更紅。是什么造成了這種顏色差異,又是為什么它恰恰發(fā)生在北極呢?

        為了回答這個問題的前一部分,我們得知道我們對卡戎了解多少。我們知道卡戎的表面太冷,以至于所有物質(zhì)都不可能以固體以外的形式存在,而且其表面也不可能因為溫度或壓力的改變而發(fā)生劇烈的變化。也就是說,這里不可能發(fā)生顯著的相變。所以,我們認(rèn)為這種顏色的變化是由表面組成成分的不同引起的。由此,我們得出的結(jié)論是,卡戎北極地區(qū)的表面和其他地區(qū)的表面是由不同物質(zhì)構(gòu)成的。

        有一種理論認(rèn)為,少量的冥王星大氣能夠逃脫,并最終到達(dá)卡戎,而在它們進(jìn)一步逃逸到太空之前,會暫時被卡戎的重力困住。卡戎的極地地區(qū)非常冷,溫度在-258 ℃至-213 ℃之間變化,大概只比絕對零度高10 ℃。此溫度實在太低(尤其是考慮到卡戎的大氣極其稀?。?,不足以使卡戎的表面有液體存在:要么氣體直接凝華為固體,要么固體直接升華為氣體。因此,與卡戎比較溫暖的卡莉·哈維特 赤道不同,任何到達(dá)冬季極地的氣體都將被凍成固體,而不是逃逸。這一過程被科學(xué)家稱作冷阱。雙星系統(tǒng)能夠分享物質(zhì)這一基本原則已經(jīng)不是什么新鮮話題了,但是,還需要“新地平線”號造訪卡戎直接觀測其影響。

        這張圖片為我們揭示了冥王星最大的衛(wèi)星——卡戎的很多細(xì)節(jié)??ㄈ直睒O區(qū)域的斑紋,似乎是由一層黑色的沉積物覆蓋在一個界線清晰、對比強烈的角形區(qū)域構(gòu)成的。這張圖片是由遠(yuǎn)程勘測成像儀(L O R R I )于2 0 1 5 年7月1 3 日在4 6 . 6 萬千米處拍攝的圖像,與“拉爾夫”(可見光/ 紅外成像儀)在同一天獲得的彩色信息結(jié)合而成的。

        美國約翰· 霍普金斯大學(xué)霍斯特實驗室的科學(xué)家已經(jīng)制造出一種名為“索林”的復(fù)雜化合物,可能就是它給了冥王星極地紅色的外表。

        我們知道冥王星的大氣成分主要是氮氣,還有一些甲烷和一氧化碳,因此我們認(rèn)為正是它們慢慢地覆蓋了卡戎冬季的極地地區(qū)。一旦卡戎冬季的極地地區(qū)重新出現(xiàn)在陽光的照射下,這些成分凝結(jié)成的冰將升華。除此之外,還有一個重要的細(xì)節(jié):太陽輻射改變了這些冰,從而產(chǎn)生了一種新的物質(zhì)。它有著更高的升華溫度,以致不能升華并逃離卡戎。

        這種新的物質(zhì)被稱為“索林”,人們已經(jīng)在地球上的實驗室中,在相似的條件下制造出了“索林”?!八髁帧钡念伾Q于其組成成分的比例,以及其接受的輻射種類和劑量。通過這種方式,人們制造出的“索林”的顏色從黃色、紅色到黑色都有。其中的一個“索林”樣品顯示出不同的紅色,它是由美國約翰·霍普金斯大學(xué)的薩拉·霍斯特在實驗室中制造的。

        在這張圖像中可以看到冥王星霧霾大氣中呈現(xiàn)出的藍(lán)色。這種高層大氣中的霧霾物質(zhì)被認(rèn)為可能與土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六大氣中的霧霾類成分相似, 可能都與太陽輻射激發(fā)下的化學(xué)反應(yīng)過程有關(guān)。

        在數(shù)百萬年的時間里,卡戎很可能隨著冥王星大氣的緩慢逃逸,逐漸地構(gòu)筑起其極地沉積物。在此期間,卡戎表面是能夠受到陽光照射的。卡戎的環(huán)境看上去似乎正適合形成紅色“索林”,當(dāng)然我們還需要進(jìn)一步指明確切原因。在接下來的一年中,隨著更多“新地平線”號傳回的數(shù)據(jù)被我們接收并加以分析,再結(jié)合持之以恒的實驗室工作,我們就可以更好地了解卡戎,而它的“紅極”之謎只是其中的一項工作。

        這是一個多么激動人心的時刻??!

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