基于新视野号太阳紫外掩星的冥王星大气结构与成分
摘要
NASA 新视野号（New Horizons）航天器上的 Alice 仪器于 2015 年 7 月 14 日观测了冥王星大气的紫外太阳掩星。透射率随高度的变化对 N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6 以及雾霾的存在敏感。我们推导了这 5 种分子物种的视线丰度和局地数密度，以及雾霾的视线光学深度和消光系数。我们得出以下主要结论：1）我们确认了冥王星高层大气的温度比新视野号飞掠前预期的更冷，高层大气温度接近 65-68 K。推断增强的 Jeans 逃逸率在 exobase（半径约 2900 km，即高度约 1710 km）处为 (3e22-7e22) N2/s 和 (4e25-8e25) CH4/s。2）我们测量了地表以上 80 至 1200 km 的 CH4 丰度。对 Alice CH4 以及 Alice 和 REX N2 测量的联合分析表明低层大气非常稳定，且涡流扩散系数较小，很可能在 550 至 4000 cm2/s 之间。如此小的涡流扩散系数使均质层顶位于地表 12 km 内，赋予冥王星一个小的行星边界层。推断的 CH4 地表混合比约为 0.28-0.35%。3）C2Hx 碳氢化合物（C2H2、C2H4、C2H6）的丰度剖面并非随高度简单指数变化。我们探测到 C2H4 在约 410 km 高度、C2H2 在约 320 km 高度视线丰度的局部极大值，以及 C2H6 在 260 km 处的拐点或局部极大值迹象。我们还探测到 C2H4 在约 200 km 高度、C2H2 在约 170 km 高度的局部极小值，以及 C2H6 在 170-200 km 附近的拐点或极小值。这些与 300-400 km 附近碳氢化合物产生及 200 km 附近雾霾凝结的模型吻合良好，尤其对于 C2H2 和 C2H4（Wong 等，2017）。4）我们发现雾霾的消光系数近似正比于 N2 密度。
引用
@article{arxiv.1704.01511,
title = {Structure and Composition of Pluto's atmosphere from the New Horizons Solar Ultraviolet Occultation},
author = {Leslie A. Young and Joshua A. Kammer and Andrew J. Steffl and G. Randall Gladstone and Michael E. Summers and Darrell F. Strobel and David P. Hinson and S. Alan Stern and Harold A. Weaver and Catherine B. Olkin and Kimberly Ennico and David J. McComas and Andrew F. Cheng and Peter Gao and Panayotis Lavvas and Ivan R. Linscott and Michael L. Wong and Yuk L. Yung and Nathanial Cunningham and Michael Davis and Joel Wm. Parker and Rebecca Schindhelm and Oswald H. W. Siegmund and John Stone and Kurt Retherford and Maarten Versteeg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.01511},
year = {2021}
}