Science封面论文：冥王星上的蓝天之谜

     在今年7月成功飞越冥王星之后的3个月，新视野号科学团队发表了第一篇研究成果：《冥王星系统：新视野号探测的初步结果》，登上了10月16日出版的《科学》（Science）杂志封面。作者人数达150多人，第一作者是新视野号首席科学家、美国西南研究院的艾伦·斯特恩（Alan Stern）。文章揭示了冥王星表面丰富的地形地貌，蓝色的天空，以及多样化的卫星，没有人在此之前能预料到太阳系偏远角落的极寒地带，居然有这么活跃的地质现象。新视野号让我们第一次近距离观察这颗神奇的矮行星和它的卫星系统。它的科学成果将写入全人类的行星科学教科书，激励年轻一代太空探索的梦想，去往更遥远的太阳系边缘。那里还会有什么更神奇 现象？

今天我们要揭示的是冥王星的蓝天之谜：

 冥王星的天是蓝蓝的天，地球上的人们好喜欢。根据2015年10月8日公布的最新图片，显示冥王星上空有一层薄薄的蓝色雾霾层。

冥王星上的蓝天NASA/JHUAPL/SwRI）。

 上图由新视野号探测器上的多光谱可见光相机（MVIC）拍摄，该相机属于可见-红外成像光谱仪（Ralph）的组成部分。本图并非是直接拍摄的图像，而是通过图像处理软件，把蓝、红、近红外图像合成在一起制作的，更接近人眼可以感知的图像。

 科学家推测，冥王星高空的霾层与土卫六上的霾层在本质上是相似的，都是太阳光引起大气中的氮气和甲烷发生光化学反应，生成烟灰状的小颗粒。这些颗粒将逐渐沉降到天体表面。著名的行星科学家卡尔.萨根把这些烟雾颗粒称为索林（tholins）。

科学家最早在土卫六泰坦（Titan）的大气层研究中提出了这种大气化学反应。当大气层中含有甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、氨（NH₃）、水（H²O）、甲醛（HCHO）、硫化氢（H2S）等成分时，太阳光的紫外照射或放电提供的能量，将驱动大气光化学反应，合成一种复杂的固态有机化合物，被称为索林。

索林本身的颜色可能是灰色或者红色的，但在大气层中，这些烟雾颗粒会散射蓝光，使得天空呈现蓝色。冥王星上浅蓝色的天空泄露了它的大气成分和烟尘颗粒大小的秘密。通常情况下，蓝色的天空一般是很细小的颗粒散射太阳光导致的，地球上的蓝天是极微小的氮气分子引起的，而冥王星上的颗粒会稍微大一些，类似于我们熟知的烟尘。

科学家相信，在冥王星的高层大气中，太阳光中的紫外线分解并电离大气中的氮气分子与甲烷分子，形成复杂的带正电和负电的离子。当这些带电离子结合时，就会形成非常复杂的有机大分子。有机大分子继续发生化学合成反应，并逐渐长大，最终形成细小颗粒物。当这些颗粒像雪粒子一样沉降到冥王星表面时，会给地表蒙上一层淡淡的红色或灰色。

冥王星蓝色天空的近景照片（NASA/JHUAPL/SwRI）。正是这种被称为索林的复杂有机化合物导致冥王星上空呈现迷人的蓝色。

与此同时，根据可见-红外成像光谱仪（Ralph）的探测数据，获得的另一个重要发现是，在冥王星上发现了一些暴露在地表的水冰。

冥王星上的水冰（NASA/JHUAPL/SwRI）。

上图利用可见-红外成像光谱仪（Ralph）的图像数据合成，图中水冰暴露的区域被突显成蓝色。图中埃利奥特撞击坑（Elliot）左侧的维吉尔峡谷（Virgil Fossa）是该区域中水冰信号最强的地区，图片上部的维京地带（Viking Terra）和右侧的巴雷山脉（Baré Montes）也暴露出较多水冰。

冥王星上有大量的水，所以有水冰并不稀奇。但是，相对于氮冰、甲烷冰来说，水冰的挥发性要低得多，所以冥王星上的绝大部分地区都应该被氮冰和甲烷冰等更具挥发性的冰覆盖的，水冰一般会被掩埋在其他冰层的下面，很难出露在地表。为什么冥王星上会有暴露在地表的水冰？

而且，暴露水冰的区域与冥王星彩色照片上的两红色区域对应得很好，这些红色的水冰更让人感到迷惑。暴露在地表的水冰与沉降到地表的红色索林之间是否存在什么联系？这一谜团还有待进一步的研究来证实。

 附：新视野号在冥王星上还发现了什么有趣的现象，冥王之心是什么物质组成的，冥王星上的高山是怎样形成的？飞越冥王星之后，新视野号下一站将飞往何处？冥王星和它所在的柯伊伯带，是太阳系的尽头吗？

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题目：《带你走进萌王星》

时间：2015年10月25日（周日）10：00—11：45

地点：北京 中国科技馆一层报告厅（鸟巢附近）

联系作者：zyc@nao.cas.cn