科学家利用掩星事件确认冥王星的大气密度下降

2018年8月15日晚，当冥王星从一颗恒星前面经过时，西南研究院（SwRI）领导的天文学家团队在美国和墨西哥的许多地点部署了望远镜，观察冥王星的大气层，因为它被位置良好的恒星短暂地遮蔽着。科学家们利用这次掩星事件来测量冥王星脆弱的大气层的总体丰度，并发现了令人信服的证据，即随着冥王星离太阳的距离越来越远，它正在开始消失，重新冻结在其表面。

掩星现象持续了大约两分钟，在此期间，当冥王星的大气层和固体从它面前经过时，这颗恒星就从视野中消失了。这颗恒星消失和重新出现的速度决定了冥王星大气层的密度曲线。

SwRI空间科学和工程部的高级项目经理Eliot Young博士说：“自1988年以来，科学家们一直使用掩星事件来监测冥王星的大气层变化。新视野号任务从其2015年的飞越中获得了一个很好的密度剖面，与冥王星的大体大气层每十年翻一番相一致，但是我们2018年的观测没有显示出这种趋势从2015年开始延续。”

部署在阴影路径中间附近的几台望远镜观察到了一种被称为"中央闪光"的现象，这是由于冥王星的大气层将光线折射到阴影最中心的一个区域造成的。当测量一个有大气层的物体周围的掩星现象时，光线在穿过大气层时变暗，然后逐渐恢复。这在U形光曲线的两端产生了一个适度的斜率。2018年，冥王星大气层的折射在其阴影中心附近产生了一个"中央闪光"，使其变成了W形曲线。

Eliot说：“2018年看到的中央闪光是迄今为止任何人在冥王星掩星中看到的最强的闪光。中央闪光让我们对冥王星在地球上的阴影路径有了非常准确的认识。”

冥王星的大气层主要组成部分是氮气。与地球不同的是，冥王星的大气层是由其表面冰的蒸气压力支持的，这意味着表面冰的温度的微小变化将导致其大气层的体积密度的巨大变化。冥王星需要248个地球年才能完成围绕太阳的一个完整的轨道，它的距离从它最近的地方，离太阳大约30AU到50AU不等。

在过去的20多年里，随着冥王星离太阳越来越远，它接受的阳光也越来越少，但是，直到2018年，它的表面压力和大气密度仍在增加。科学家们把这归因于一种被称为热惯性的现象。

“对此的一个比喻是太阳加热海滩上的沙子的方式，“SwRI工作人员科学家Leslie Young博士说，他专门为外太阳系中的冰体的表面和大气之间的互动建模。“阳光在正午时分最为强烈，但沙子会在下午继续吸收热量，所以在下午的时候最热。冥王星大气层的持续存在表明，冥王星表面的氮气冰库被地表下储存的热量所保持温暖。新的数据表明它们正在开始冷却。”

冥王星最大的已知氮库是Sputnik Planitia平原。这些数据将帮助大气建模者提高他们对冥王星次表层的理解，特别是关于与观察到的热传导限制相适应的成分。