卡戎的“紅極”之謎

嗨，我是卡莉·哈維特，在位于美國科羅拉多州博德鎮(zhèn)的美國航空航天局西南研究所擔任高級研究員。2012年，我就開始為美國航空航天局的“新地平線”任務工作了。我的工作主要集中在一個名叫“拉爾夫”的儀器上。在所有儀器中，“拉爾夫”為“新地平線”號提供了一只可以看到色彩的“眼睛”。

回到2012年，當我開始查看“拉爾夫”拍攝的冥王星及其最大的衛(wèi)星卡戎（ 冥衛(wèi)一）的圖像時，由于距離實在太遠，它們看上去只不過是一個光斑（它們的距離太近，視覺上根本無法分開）。所以，你可以想象，在我看到冥王星和卡戎不僅僅是兩個完全分開的天體，而且還有著各自清晰而不同的特征時，我是何等激動。而正是這些差異，特別是在卡戎上表現(xiàn)出的差異，就成了我工作的重點。

卡莉·哈維特

當天體表面發(fā)生某些變化時，其顏色也會發(fā)生變化;這種差異可能是由于構(gòu)成天體表面的物質(zhì)不同造成的，或者是物理狀態(tài)（固體與液體之間的變化，或者是物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。例如，在高壓下碳會從石墨變?yōu)殂@石）改變造成的。對地球而言，這些變化我們每天都能看到，比如水和沙子，再比如石墨和鉆石。我們來看一下卡戎，你會發(fā)現(xiàn)這顆衛(wèi)星的北極區(qū)域比其他區(qū)域顯得更紅。是什么造成了這種顏色差異，又是為什么它恰恰發(fā)生在北極呢？

為了回答這個問題的前一部分，我們得知道我們對卡戎了解多少。我們知道卡戎的表面太冷，以至于所有物質(zhì)都不可能以固體以外的形式存在，而且其表面也不可能因為溫度或壓力的改變而發(fā)生劇烈的變化。也就是說，這里不可能發(fā)生顯著的相變。所以，我們認為這種顏色的變化是由表面組成成分的不同引起的。由此，我們得出的結(jié)論是，卡戎北極地區(qū)的表面和其他地區(qū)的表面是由不同物質(zhì)構(gòu)成的。

有一種理論認為，少量的冥王星大氣能夠逃脫，并最終到達卡戎，而在它們進一步逃逸到太空之前，會暫時被卡戎的重力困住?？ㄈ值臉O地地區(qū)非常冷，溫度在-258 ℃至-213 ℃之間變化，大概只比絕對零度高10 ℃。此溫度實在太低（尤其是考慮到卡戎的大氣極其稀薄），不足以使卡戎的表面有液體存在：要么氣體直接凝華為固體，要么固體直接升華為氣體。因此，與卡戎比較溫暖的卡莉·哈維特 赤道不同，任何到達冬季極地的氣體都將被凍成固體，而不是逃逸。這一過程被科學家稱作冷阱。雙星系統(tǒng)能夠分享物質(zhì)這一基本原則已經(jīng)不是什么新鮮話題了，但是，還需要“新地平線”號造訪卡戎直接觀測其影響。

這張圖片為我們揭示了冥王星最大的衛(wèi)星——卡戎的很多細節(jié)?？ㄈ直睒O區(qū)域的斑紋，似乎是由一層黑色的沉積物覆蓋在一個界線清晰、對比強烈的角形區(qū)域構(gòu)成的。這張圖片是由遠程勘測成像儀（L O R R I ）于2 0 1 5 年7月1 3 日在4 6 . 6 萬千米處拍攝的圖像，與“拉爾夫”（可見光/ 紅外成像儀）在同一天獲得的彩色信息結(jié)合而成的。

美國約翰· 霍普金斯大學霍斯特實驗室的科學家已經(jīng)制造出一種名為“索林”的復雜化合物，可能就是它給了冥王星極地紅色的外表。

我們知道冥王星的大氣成分主要是氮氣，還有一些甲烷和一氧化碳，因此我們認為正是它們慢慢地覆蓋了卡戎冬季的極地地區(qū)。一旦卡戎冬季的極地地區(qū)重新出現(xiàn)在陽光的照射下，這些成分凝結(jié)成的冰將升華。除此之外，還有一個重要的細節(jié)：太陽輻射改變了這些冰，從而產(chǎn)生了一種新的物質(zhì)。它有著更高的升華溫度，以致不能升華并逃離卡戎。

這種新的物質(zhì)被稱為“索林”，人們已經(jīng)在地球上的實驗室中，在相似的條件下制造出了“索林”?！八髁帧钡念伾Q于其組成成分的比例，以及其接受的輻射種類和劑量。通過這種方式，人們制造出的“索林”的顏色從黃色、紅色到黑色都有。其中的一個“索林”樣品顯示出不同的紅色，它是由美國約翰·霍普金斯大學的薩拉·霍斯特在實驗室中制造的。

在這張圖像中可以看到冥王星霧霾大氣中呈現(xiàn)出的藍色。這種高層大氣中的霧霾物質(zhì)被認為可能與土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六大氣中的霧霾類成分相似， 可能都與太陽輻射激發(fā)下的化學反應過程有關(guān)。

在數(shù)百萬年的時間里，卡戎很可能隨著冥王星大氣的緩慢逃逸，逐漸地構(gòu)筑起其極地沉積物。在此期間，卡戎表面是能夠受到陽光照射的?？ㄈ值沫h(huán)境看上去似乎正適合形成紅色“索林”，當然我們還需要進一步指明確切原因。在接下來的一年中，隨著更多“新地平線”號傳回的數(shù)據(jù)被我們接收并加以分析，再結(jié)合持之以恒的實驗室工作，我們就可以更好地了解卡戎，而它的“紅極”之謎只是其中的一項工作。

這是一個多么激動人心的時刻?。?/p>