冥王星的大气层甚至比人们预期的距离太阳50亿公里的地方还要寒冷。新的研究表明，这是因为笼罩着这颗矮行星的烟雾。
加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家张希说：“雾霾是造成所有大气冷却的原因。”他和他的同事在11月16日出版的《自然》杂志上描述了这些发现。
当美国国家航空航天局的新视野号探测器于2015年7月飞掠冥王星时，它发现大气层温度约为-203℃，仅比绝对零度高70度。这比预测的温度低约30度，这对行星科学家来说是一个巨大的谜团。
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弄清楚冥王星的大气层是如何运作的，对于理解太阳系内外其他大型冰冷世界的大气层至关重要。“在我们知道低温的原因之前，我们无法推断冥王星的其他季节，更不用说其他天体了，”科罗拉多州博尔德市西南研究院的行星科学家莱斯利·杨说，她没有参与这项研究。
烟雾覆盖层
冥王星的大气层主要由氮气组成，其中含有少量的甲烷等化合物。在大气层高处——地表以上500至1000公里处——阳光引发化学反应，将其中一些气体转化为固体碳氢化合物颗粒。
然后，这些颗粒向下漂移，并在冥王星地表以上约350公里的地方与其他颗粒聚集，形成长长的化学链。当它们到达200公里高度时，这些颗粒已经转变成厚厚的雾霾层，新视野号探测器戏剧性地看到了雾霾层覆盖着冥王星。
张和他的同事比较了大气气体分子和雾霾颗粒的加热和冷却效应。早期的研究表明，氰化氢等气体分子的存在可能有助于解释为什么冥王星的大气层如此寒冷。但张的团队发现，只有将雾霾包括在内，他们的模型才能与新视野号探测器飞掠这颗矮行星时测量的温度相符。
张说：“根本的区别在于尺寸。”分子通常小于一纳米，而雾霾颗粒则有几百纳米。这意味着气体和雾霾在吸收和重新辐射太阳能量的方式上表现得非常不同。张说，事实证明，雾霾比气体更有效地加热和冷却。
马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学的行星科学家莎拉·赫斯特说：“这是一个绝妙的想法。”
巴黎动态气象实验室的行星科学家唐吉·贝特朗说，科学家们可能以前没有想到雾霾是冷却的罪魁祸首，因为雾霾层不会阻挡光线。他和他的同事弗朗索瓦·弗盖特研究了冥王星的大气层。“我发现这项研究非常有说服力，”贝特朗说。
竞争的想法
但其他研究人员也提出了关于为什么冥王星的大气层如此寒冷的不同想法。亚利桑那大学图森分校的行星科学家罗杰·耶勒在9月份于拉脱维亚举行的一次会议上报告了这样一种方法。他团队的模型表明，氰化氢、乙炔和乙烷气体的组合可以降温。已知这三种气体都存在于冥王星的大气层中。
张的团队和耶勒的团队尚未调和他们相互矛盾的结论。但是，在美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜于2019年发射后，它可以验证张的提议。如果雾霾颗粒确实是冥王星大气层冷却的主要因素，那么它们将使这颗矮行星在中红外波长下显得相对明亮。张希望使用韦伯望远镜观测冥王星，以验证他的团队是否正确。
本文经许可转载，并于2017年11月15日首次发表。