冥王星大气中有机霾的三维建模

2015年7月14日飞掠冥王星的New Horizons航天器揭示了冥王星大气中存在由高空CH4/N2光化学形成的霾，如同Titan和Triton上一样。为了帮助观测分析并进一步研究全球尺度上有机霾的形成与演化，我们在冥王星通用环流模型中实现了有机霾形成的简单参数化。我们模型中霾的产生基于在Titan和Triton上所理解的气溶胶形成的不同步骤：上层大气中CH4被Lyman-alpha紫外辐射光解，产生各种气态物种，并通过累积和团聚过程转化为固体颗粒。我们比较了两种以50 nm颗粒半径运行的参考模拟：有和没有南极N2凝结。我们讨论了颗粒半径和前体物寿命对霾分布的影响。我们模拟了地表以上高达600 km的CH4光解和霾形成。结果表明，2015年冥王星大气中的CH4光解主要发生在受阳光照射的夏季半球，峰值在250 km高度，尽管Lyman-alpha通量的行星际源甚至可在冬季半球诱导一些光解。我们获得了与观测可比较高度上的广泛霾，并且在高达500 km高度具有不可忽略的密度。在两种参考模拟中，霾密度不受经向环流的强烈影响。在没有南极N2凝结的情况下，最大天底不透明度和霾范围在北半球获得。有南极N2凝结时，南极上方的下沉气块导致纬度上更均匀的霾密度，且在南极有轻微密度峰值。