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冥王星山顶积雪之谜。

“逆光”拍摄的冥王星,可以看到那里有许多高山。这些高山的主要成分是硬度极高的水冰。NASA / JHUAPL / SwRI

高山顶部的积雪,我们已经习以为常。在地球上,随着海拔的上升,气温会逐渐下降。因此沿山坡上升气流中的水汽会因受冷而凝结。

但在2015年飞掠冥王星的“新视野”号探测器发回的照片中,我们惊讶地发现,冥王星上也有山顶积雪。让人直呼两个相隔遥远、差异很大的天体看起来竟然也如此相似。

​眼见为实?别被冥王星骗了

冥王星赤道附近“克苏鲁”区的山顶“积雪”(左),和地球阿尔卑斯山山顶的积雪(右)。隐藏在相似地貌背后的,是两种截然不同的成因。NASA / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所 / Thomas Pesquet / ESA

但是实际上,在相似的地貌背后,却有着截然不同的成因。

近日《自然:通讯》杂志上的一篇论文,阐述了冥王星高山积雪的形成机制。

首先,冥王星高山顶部的“积雪”并不是水冰凝结而成的雪,而是固态的甲烷。

其次,冥王星的大气极为稀薄,无法保留足够多的热量,气温不会随海拔下降。相反,在冥王星上,海拔越高温度也越高。在这里,太阳辐射起着主导作用。因此,地球高山顶部积雪的形成机制在冥王星上是不适用的。

事实上,由于冥王星大气的温度会随海拔而上升,需要吸收热量才能保持气态的甲烷气体,也主要集中在冥王星大气的上部。而冥王星大气下部则普遍处于低温状态。

在冥王星上,越接近表面,空气的密度就越大。这导致冥王星上的空气会始终倾向于下沉。这种下沉受冥王星表面氮冰升华的影响,带有季节性。氮冰升华得越多,底层空气就越冷,密度就越大,下沉就越明显。

而也正是因为这种“下沉”,导致空气中的甲烷,因过饱和而在冥王星高山上部凝结,形成“雪”。

“积雪”的出现则会把更多的太阳辐射反射回太空,导致冥王星大气上部的温度下跌,引来更多的甲烷雪。

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地球山顶积雪的成因和冥王星山顶积雪的成因是不同的。Tanguy Bertrand

冥王星山顶积雪的形成机制表明,虽然冥王星在一些方面和地球很像,但这很可能只是表象。

为了更加深入地研究这个令人着迷的矮行星,科研人员已经在设想,未来能够向冥王星发射环绕其飞行的轨道器,甚至是着陆器。

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