平流層紅外線天文台發現隱藏在冥王星霧霾的線索

在2015年通過新視野號（New Horizons）太空船飛掠冥王星時，拍攝了許多引人入勝的影像，其中一個特徵就是，這顆遙遠太陽系中，小而寒冷的世界，有一個朦朧的大氣層。現在，新的數據有助於解釋冥王星的霧霾是如何形成，它是由60億公里以外的太陽，在不尋常的軌道上移動時形成的。

美國太空總署的平流層紅外線天文台（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，簡稱 SOFIA）對冥王星進行遠程觀測發現，籠罩著薄霧的冥王星大氣層，是由很小的顆粒組成，它們會在大氣中保留很長時間，而不是立即掉落到大氣層底下，冥王星的表面。平流層紅外線天文台的數據顯示，這些霾粒子不斷補充。這個發現需要修改冥王星大氣層，在圍繞太陽軌道運行的248個地球年期間處於冰冷的太空環境，只是在某段比較接近太陽期間時才會出現的原先預測。

麻省理工學院華萊士天體物理天文台（Wallace Astrophysical Observatory）台長米高·柏臣（Michael Person）表示：冥王星是一顆使到我們不斷感到驚訝的神秘星體。在較早的遠程觀測中曾估計可能會有霧霾，但是直到有來自平流層紅外線天文台的數據後，才有確鑿的證據證實它確實存在。現在我們正在質疑冥王星的大氣在未來幾年是否會崩潰不過它可能比我們想像的更具彈性。

平流層紅外線天文台在2015年7月新視野號飛掠前兩週研究了冥王星。一架經過改裝的波音747飛機飛越太平洋，將機上近2.7米口徑的望遠鏡對準冥王星，這是一次類似月掩星的事件，冥王星上淡淡的陰影，在遙遠的恆星前經過時，出現的減光現象。

平流層紅外線天文台在紅外線和可見光波長范圍內觀察冥王星大氣層的中間層，不久之後，新視野號太空船用無線電波和紫外線探測了它的上層和下層。如此近距離地進行的這些綜合觀察提供了至今為止，冥王星大氣最完整的圖
像。

冥王星的大氣層主要是氮氣，少量的甲烷和一氧化碳。隨著甲烷和其它氣體對陽光的反應，霧霾顆粒在大氣中升上距離冥王星地面32公里以上的高空，然後慢慢如像下雨一般，降落到冥王星冰冷的表面。

當《新視野》向冥王星的大氣層發送回顯示藍色霧霾圖像時，發現了這些粒子的證據。現在，平流層紅外線天文台的數據發現顆粒非常小，只有0.06至0.10微米厚，只是人的頭髮的寬度的千分之一，從而填補了更多細節。由於它們的尺寸小，當它們向表面漂移時，它們散射的藍光比其它顏色更多，從而產生藍色的天空。

有了這些新數據，科學家正在重新評估他們對冥王星大氣命運的預測。許多預測顯示，隨著這顆矮行星遠離太陽移動，只會蒸發更少的表層冰，產生更少的氣體，同時繼續造成大氣向太空散逸，最終導致大氣層消失。但是現時得到的數據指出，大氣並沒有消失，而是出現較短的周期性變化。

科學家利用從平流層紅外線天文台中學到的知識來重新分析以前的觀察結果，包括從平流層紅外線天文台的前身古栢（Kuiper）機載天文台觀察到的結果，發現霧霾會變厚，然後以僅幾年的周期慢慢消失。研究人員認為，冥王星的不尋常軌道正在推動著霾的變化，因此，在調節大氣層方面，比起距太陽的距離更為重要。

冥王星以長橢圓形（稱為橢圓軌道）和一個角度（稱為傾斜軌道）環繞太陽。它還在它的側面旋轉，導致矮行星的某些區域在軌道上的不同點暴露於更多的陽光下。當含有大量冰的區域暴露在陽光下時，大氣可能會膨脹並形成更多的霧霾顆粒，但是當這些區域接收的陽光較少時，它可能會收縮並變得清晰。即使冥王星到太陽的距離增加了，這個週期仍在繼續，儘管尚不清楚這種模式是否會持續下去。

柏臣表示：目前還有很多我們不了解的地方，但是我們現在不得不重新考慮以前的預測。冥王星的大氣層逃逸的速度可能比以前預測的要慢，或者根本沒有。我們必須繼續進行監視才能發現真正的情況。

平流層紅外線天文台具有獨特的優勢，可以利用冥王星在遙遠的恆星前掠過的罕見一瞬間，在遠處研究冥王星，在地球表面上投射出微弱的陰影。恆星瞬間變暗，可以分析冥王星的大氣層的狀況。

當年冥王星的影子以時速86,300公里，預計在新西蘭附近的太平洋短暫出現兩分鐘。平流層紅外線天文台繪製了攔截路線，但在掩星現象出現前兩小時，更新的預測將見掩帶向北移322公里。

平流層紅外線天文台科學運作副主任威廉·雷奇（William Reach）表示：捕捉見掩帶正確位置需要與時間爭分奪秒。平流層紅外線天文台的優勢在於可移動，但是必須通過空中交通管制來清除修改後的飛行計劃。有一些緊張的時刻，但是團隊一起工作，我們得到了特別的批准。我們在正確的時機到達了冥王星的見掩帶，並且為實現這一目標感到非常高興！

像這樣的遠程觀測使科學家可以監視太空船飛掠的行星，飛掠通常可以間隔很多年。平流層紅外線天文台遠程收集的數據與新視野號近距離飛掠收集的數據之間的互相支持，從地球進行的掩星觀測可以在太空探索任務之間提供高質量的數據。

【圖、文：節譯自美國太空總署網頁】