冥王星上的风

　　原作: Julie Freydlin，编译：艾宇熙

　　原文链接：

　　https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/plutos-icy-heart-drives-planet-scale-winds/

图注：新视野号于 2015 年 7 月 14 日拍摄的冥王星照片，分辨率约为 1.3 千米。图中可以看见著名的心形区域（汤博区）。这一区域的左半边被命名为史波尼克高原。图源：NASA / JHUAPL / SwRI

　　2015 年，新视野号飞掠冥王星，拍下了这颗矮行星的近照。照片上所呈现出的心形区域（汤博区）一直为人们所津津乐道。其中，心形区域的左半边被命名为史波尼克高原，这一区域是一个充满固态氮的三千米深撞击坑。

　　NASA 的研究员唐古·贝特朗（Tanguy Bertrand）和同事们认为，这个撞击坑里氮的活动导致了冥王星上微弱的风的形成。这项研究于 2 月 4 日线上发表。

　　近年来，科学家们发现了冥王星的许多不可思议之处，其中就包括它拥有自己的大气。当然，冥王星的大气十分稀薄，主要成分是氮，还有微量的甲烷和一氧化碳。虽然冥王星的大气很稀薄，但仍然足以被观测到，科学家们推测冥王星大气甚至可能对其表面造成影响。

　　存在大气的星球上就会存在风。冥王星的大气稀薄，可以推测即使上面有风也很小。尽管如此，史波尼克高原上就留有向西刮去的风的痕迹。但是风的驱动力是什么呢？贝特朗团队通过计算机模拟得出的结论是：冥王星心形区域的固态氮

　　冥王星的自转周期约为六个地球日，史波尼克高原的大部分区域会经历昼夜交替。在“白天”，日照使得一些固态氮升华，而在“夜晚”，气态的氮又凝结回冥王星表面。贝特朗团队把氮升华凝华的周期现象戏称为“冥王星的心跳”。

　　“冥王星的心跳”并不是特别规律。冥王星绕转太阳的公转轨道周期是 248 年，而这一轨道是倾斜的。现在，冥王星的北半球正处于相当于地球上春季的时节，而北纬 38 度以北正处于极昼。史波尼克高原的北部就在北纬 38 度以上。因此，史波尼克高原的北部的固态氮正在持续升华，使那一带的大气压升高，导致从北向南的风的形成。由于与地球上科里奥利效应类似的原理，风向会向西偏转，再沿着高原的边缘转回南方，形成盘绕在高原上的气旋。研究组成员认为，高原上的固态氮有三千米厚，足以导致不平衡气流的形成。

图注：冥王星表面上空 1000 米处风向的模拟图。图源：T. Bertrand

　　尽管冥王星上的风在史波尼克高原上形成，它不会一直局限于这一区域。固态氮升华为氮气后，会从地表升起，最终进入由冥王星自转导致的气流中。

图注：模拟甲烷云在冥王星上的运动。图源：T. Bertrand

　　当氮气在冥王星北半球从北向南运动的时候，由于越来越远离自转轴，它们的运动速度会减慢。因此，飘向南方的氮气相对星球表面的自转更慢——于是产生了自东向西的风。太阳系中，只有冥王星上会以这种模式产生风。

　　“史波尼克高原对于冥王星的气候或许就像海洋对于地球气候一样重要。” 贝特朗说，“如果没有这块固态氮区域的存在，冥王星上的这种气流就不会存在。”