冥王星|冥王星有着白雪覆盖的山峰，但这是为什么？
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
如今我们能更明白地看到冥王星的复杂性 ， 这都要归功于美国国家航空与航天局（NASA）的航天器「新视野号」 。 2015年7月14号 ， 新视野号进入矮行星的12,500公里（7,800英里）范围内 。 飞越新视野号的过程中捕捉描绘了冥王星的大气及表面情况 。
新视野号看到的是一片白雪皑皑的山脉 。
在我们的地球上 ， 气温随海拔上升而下降 ， 这是我们的山脉被积雪覆盖的原因 。 但在冥王星上温度的变化恰恰相反 ， 由于太阳辐射 ， 海拔越高温度也越高 。 一定海拔高度的大气层平均气温要比表面高几十度 。
那又是为什么会有霜呢？
该地区位于冥王星暗红色赤道区域以南 ， 其非正式名称是克苏鲁区（Cthulhu Regio） ， 在广阔的氮冰平原的西南部 ， 该地区非正式地名是史波尼克高原（Sputnik Planitia） 。 以上为北；在图像的西部 ， 一片明亮的山脉向北延伸到克苏鲁区里 。 新视野号的成分数据表明 ， 山顶明亮的「雪」并不是水 ， 而是在高海拔凝结成霜的大气甲烷 。
图片来源：美国国家航空与航天局/约翰·霍普金斯应用物理实验室/美国西南研究院
由法国国家科学研究中心（CNRS）成员领导的一组研究人员在一项新研究中揭开了这个问题 。 研究标题是「冥王星赤道山脉被独特大气过程所产生的甲烷霜所覆盖」 ， 主要作者是Tanguy Bertrand ， 他目前是NASA Ames研究中心的博士后研究员 。 该研究发表在《自然—通讯》上 。
新视野号在冥王星赤道的克苏鲁区中的Pigafetta Montes和Elcano Montes两座山脉上发现了「雪」 。 但冥王星的雪不像地球的雪 。 它是冷冻的甲烷 ， 而不是冷冻的水 。 但冥王星是一个寒冷世界 ， 在稀薄的大气层中只有很少的甲烷 。 那么山顶上的积雪又是如何形成的呢？
冥王星上出现雪山 ， 成因是何！/冥王星初雪 ， 一起来看吧！
冥王星的地表有着很多不同寻常的地形地貌 ， 它们都有着自己独特的颜色 ， 这些地形地貌将向我们徐徐讲述一个复杂的地理学和气候学方面的故事 。 （信息来源: Courtesy NASA / JHUAPL / SwRI Table of Contents page 2015 Annual Report Division: (15)）
在地球上 ， 由于绝热冷却的作用 ， 温度随着海拔的升高而减小 。 空气逐渐向山坡上转移 ， 它慢慢扩散 ， 导致了冷却作用 。 空气下降时 ， 情况则刚好相反：空气变得温暖 。 当潮湿的空气上升并足够冷时 ， 它将被压缩然后变成雪落下 。 这一现象在地球上是很好理解的 ， 但是它却不能解释冥王星出现的雪 。
在地球上 ， 温度随着海拔的升高而降低 ， 约每100米降低1℃ 。 冥王星上则是海拔越高越温暖 。 但是在那 ， 高海拔区域依旧存在着甲烷形成的霜雪 。 （信息来源：Tanguy Bertand et al,. 2020）
这支队伍使用了一个气候模型去寻找山上落雪的成因 。 冥王星稀薄的大气层主要由氮气组成 ， 并伴有微量的甲烷和二氧化碳 。 因此 ， 冥王星山顶的雪很难用这些微量的甲烷来解释 。
通过用这种气候模型 ， 研究者确定 ， 冥王星的大气力学保证了甲烷始终聚集在较高海拔 。 而只有在山顶才有足以形成雪的甲烷 。 在较低海拔 ， 只是没有足够的甲烷 。
虽然冥王星没有一个像地球一样厚且隔离的大气层 ， 但这颗矮行星由于吸收太阳射线在较高海拔处变得温暖 ， 因为热量被大气层中的甲烷吸收了 。 这种现象仅仅在最初的海拔几千米有效 。 甲烷吸收热量的过程不会出现在表面有氮冰的地方 ， 因为氮冰可以升华同时冷却最初的海拔几千米 。
A）新地平线号探测器拍摄的冥王星克鲁苏地区东南部地图 ， 位于斯普特尼克平原赤道地区的西部 。 黄色的方块表示这片区域的边界 ， 其细节见于（b） 。
B）克鲁苏地区（东经148.2° ， 南纬10.1°）皮加费塔山脉和埃尔卡诺山脉被甲烷冰覆盖的山脊 ， 通过可见多色成像相机（Ralph/MVIC）拍摄的增强彩色图像（约6800米/每像素点 ， 圆柱投影法）
C）阿尔卑斯山区被水冰覆盖的山脉的卫星照片
冥王星的大气层非常稀薄 ， 无法为这颗行星的表面保温 。 因此 ， 当地表上没有固体氮时 ， 就会存在一种“局部辐射平衡” 。 这种平衡与海拔高度无关 ， 而比它上方的大气层温度还要低 。
推荐阅读
- 看看资讯|她有着“无处安放的清纯”，却告诉众人再也不想本色出演
- 温江|成都温江这个学校有着炫酷课间操：全校齐抖空竹
- 新鲜事儿|有着一千顿饭的交情，相识多年合作五百场戏，黄磊何炅的神仙友情
- 掌上新闻|《原来白云山三七粉跟之间还有着这样的关系…》
- 资深人士说文史|被踢出九大行星的冥王星，有多可怕？冥王星发现的艰辛历程
- 家装百科|从小就特别独立, 拥有着相称不错的演戏天赋, 也有温和安静的性格
- 鲜闻联播|日本调查女团喜好度排行 那些在日本有着超高人气的KPOP女团
- NG视频|宣璐被称为酒窝美女, 有着清新淡雅气质, 敬业精神也很值得敬佩
- 今日事|女星杰西卡·西恩辛现身洛杉矶街头，她有着特别的时尚
- 淘汰|《演员2》有着17年戏龄的老戏骨被淘汰，导演的评价有点冷