冥王星可能正在与其最大的卫星冥卫一（卡戎）分享其大气层，从而在卫星的北极形成视觉上引人注目的红色斑点。
新的研究表明，在过去数十亿年中，这两个世界上的条件将允许冥王星的游移大气层在寒冷的卫星冥卫一（卡戎）上冻结，而辐射会迅速将甲烷和氮冰转化为称为托林的粘性残留物。
“甲烷非常易挥发，以至于它只能在漫长而寒冷的极地冬季粘附在表面上，”这项新研究的主要作者威尔·格伦迪通过电子邮件告诉Space.com。格伦迪是亚利桑那州洛威尔天文台的行星科学家，也是NASA新视野号任务的成员，该任务于2015年7月历史性地飞越了冥王星。在对过去数十亿年冥卫一（卡戎）上的条件进行建模后，他和他的同事发现，在来自冥王星的甲烷冻结后，辐射剥离了氢。（甲烷由氢和碳组成。）留下的碳与其他分子结合，形成更重的物质碎片，即使在温度升高后也能停留下来 [NASA新视野号拍摄的惊人冥王星飞越照片]
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“随着越来越多的碎片连接起来，它们逐渐构建出更大、更富含碳、更复杂的分子，直到它们变得如此复杂，以至于我们甚至不尝试给它们化学名称，只是用‘有机分子’或‘托林’等通用术语来描述它们，”格伦迪说。“这些是产生红色的物质。”
该研究于9月14日在《自然》杂志上在线发表。
捕获的大气层
当新视野号对其进行历史性飞越时，它也研究了这颗矮行星周围的卫星。其中最大的卫星冥卫一（卡戎）几乎与冥王星本身一样大，这使得许多科学家将这对天体归类为双行星系统。新视野号揭示，这颗巨大的卫星在其北极有一个红色斑点。
根据新视野号探测器早期测量的数据，格伦迪和许多其他人立即推测红色斑点是由托林组成的，托林是由冥王星的大气层转移到冥卫一（卡戎）而产生的。他们推测，一些物质可能会冻结，随后辐射可能会将其转化为托林。
冥王星的小尺寸意味着它很难 удерживать 住太多的大气层；许多科学家质疑在新视野号访问时是否还会 оставаться 多少大气层。观测表明，冥王星设法 удерживать 住了周围的大部分气体，但仍有一些气体逃离了这颗矮行星的控制。
“冥王星的大气层向各个方向呈放射状逃逸，但冥卫一（卡戎）的引力足够强大，可以拦截其中几个百分点的流量，”格伦迪说。[飞越冥王星卫星冥卫一（卡戎）上的巨大峡谷 | 视频]
为了测量冥王星捕获的大气层变成冥卫一（卡戎）红色斑点的概率，格伦迪和同事们模拟了卫星历史上温度的变化情况。冥卫一（卡戎）的冬季非常寒冷，极地温度仅比绝对零度（零下459.67华氏度或零下273.15摄氏度）高几度。由于冬季持续时间如此之长——远超过100个地球年——进口的大气层有足够的时间冻结。
冥卫一（卡戎）赤道附近的温度较高，使得较少的物质落到表面，这就是为什么红色斑点没有延伸到卫星整个表面。冥卫一（卡戎）本身太小，无法长期 удерживать 住自己的 газообразное 大气层，因此，当100年的冬季结束时，大气层蒸发，留下较大的碳氢化合物。
“在大多数情况下，冥卫一（卡戎）的表面太温暖，甲烷无法粘附，因此到达冥卫一（卡戎）表面的甲烷分子只是在那里弹跳，直到它们 снова 逃逸回太空 или 找到足够 холодное 的地方粘附，”格伦迪说。“冬季极地确实足够 холодное，甲烷可以粘附；因此甲烷会在那里积累，但只会持续到春天太阳 снова 升起并将其加热为止。”
冥卫一（卡戎）上的冬天
在冥卫一（卡戎）漫长的冬季期间，来自太阳和银河宇宙射线的辐射将大气层转化为更重的物质，这些物质在温度升高时不会 быстро 蒸发。当冬季极地 снова 向太阳倾斜，迎来春天时， остающийся 甲烷和氮气蒸发，留下逐渐变成表面发现的红色有机物的物质。格伦迪和他的团队估计，在冥卫一（卡戎）数十亿年的生命周期中，极地将产生约30厘米（12英寸）的托林。这个过程应该在今天的冬季极地继续进行，物质 медленно 积累其红色斑点。
尽管在飞越期间冥卫一（卡戎）的南极笼罩在黑暗中，但研究人员分析了从冥王星白昼面反射的光，以识别出与照明无关的 медленное 变暗，表明南极也可能拥有自己的斑点。
“我们没有任何颜色数据来说明它是红色的，但在冥王星光照亮的黑白图像中，它确实显示出与北极周围看到的黑暗程度和大小相似的变暗，”格伦迪说。“就像地球一样，两极轮流成为冬季极地。”
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