矮行星马可马克罕见现身,揭示其基本无空气的世界

去年,马可马克短暂地遮挡了一颗普通的恒星,天文学家得以测量这颗矮行星的物理特性

一项对矮行星马可马克(太阳系中较新的已知天体之一)的新研究,确定了该天体一些最基本且最重要的属性。

2011年4月,天文学家在南美各地的天文台观测到了这颗矮行星的罕见一瞥——或者至少是它的阴影——当时马可马克(发音为“mah-kee mah-kee”)从一颗微弱的背景恒星前方经过,使恒星亮度减弱了大约一分钟。这种天体结合被称为掩星现象,掩星持续的时间使天文学家能够更精确地估计马可马克的物理尺寸。研究人员在11月22日的《自然》杂志上报告了他们的发现。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)

也许比新的尺寸测量更重要的是对马可马克大气层的影响。天文学家探测到马可马克掩星开始时星光突然下降,就像有人突然把恒星的亮度调低,而不是逐渐调暗。掩星的清晰度表明,这颗矮行星缺乏明显的全球性大气层,如果有的话,它的阴影边缘会模糊不清。“如果下降是突然的,你就知道那里没有大气层,”该研究的合著者、田纳西大学诺克斯维尔分校的行星科学家诺埃米·皮尼利亚-阿隆索说。相比之下,当冥王星从一颗恒星前经过时,“下降是渐进的,这表明存在大气层。”


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马可马克于 2005 年被发现,是公认的五颗矮行星之一,其他四颗是谷神星、阋神星、妊神星和冥王星。目前,马可马克正处于远日点附近,即其在柯伊伯带(海王星之外的一个彗星和其他冰冷天体的环带)307年轨道上距离太阳最远的点。马可马克目前距离太阳的距离是地球的50多倍,这使得这颗矮行星位于冥王星和更遥远的阋神星之间的中间区域。冥王星拥有明显的大气层,而阋神星的大气层似乎已经冻结并坍缩成一个反射表面层。

马可马克可能处于中间状态,只有来自矮行星向阳面的局部甲烷云蒸发。“它没有全球性大气层,但可能有局部大气层,”皮尼利亚-阿隆索说。研究人员怀疑,随着这些星球越来越接近太阳,然后又远离太阳,阋神星、冥王星和马可马克都在经历各个阶段——从局部云到成熟的大气层再到大气层坍塌。

马可马克的表面确实有甲烷霜,这应该会在矮行星较温暖的地方提供充足的气体供应。“它绝对有大气层,”加州理工学院的天文学家迈克·布朗说,他于 2005 年与夏威夷双子座天文台的乍得·特鲁希略和耶鲁大学的大卫·拉比诺维茨一起发现了马可马克。“这只是多少的问题。”

马可马克只是最新一颗在掩星期间被仔细测量的矮行星。当阋神星在 2010 年遮挡一颗背景恒星时,天文学家发现它的大小与冥王星几乎相同(两者都比马可马克略大)。但在掩星期间对马可马克进行详细观测的机会少之又少。这颗矮行星每年会从大约三颗背景恒星前经过,但掩星产生的阴影通常会落在地球上阳光照射或多云的部分,或者落在没有望远镜的偏远地区。2011 年 4 月的掩星现象在一年多前就已预测到,它横穿南美洲,使马可马克能够被世界上一些顶尖的天文台观测到,其中包括智利的两个欧洲南方天文台设施:位于帕拉纳山顶的甚大望远镜和位于阿塔卡马沙漠的拉西拉新技术望远镜。根据这项新研究的主要作者、西班牙安达卢西亚天体物理研究所的何塞·路易斯·奥尔蒂斯所说,这样的机会大约每十年才会出现一次。总的来说,天文学家在南美洲的七架望远镜中观察到了马可马克的掩星现象,这使得对该天体的直径进行了前所未有的精确估计。

“这是测量尺寸的唯一正确方法,”布朗说,他也在 2005 年共同发现了阋神星。(同年,布朗与奥尔蒂斯就妊神星的发现发生了冲突,声称西班牙研究人员不当访问了他的观测记录,抢在美国人之前宣称了这一发现。)

对马可马克的新研究发现,如果它是球形的,直径为 1,430 公里;如果它是椭圆形的,则为 1,430 公里乘以 1,502 公里。该研究的作者倾向于后一种可能性,但布朗不同意。“即使是不那么圆的一点点也很奇怪,”他说,并补充说,马可马克必须快速旋转或由低密度材料组成才能变得如此扁平。“我相当确定那是错误的,”他补充道。

尽管如此,布朗还是很高兴看到马可马克成为焦点。它的发现最初被阋神星的发现所掩盖,阋神星的质量超过了冥王星,最初被誉为太阳系的第 10 颗行星。“马可马克一直有点像不受喜爱的大型柯伊伯带天体,”他说。“我们当时被阋神星以及妊神星所有有趣的东西搞得应接不暇,以至于人们没有真正给予马可马克应有的关注。”

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