冥王星上發現了大氣重力波

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冥王星稍微朦朧的大氣層可見的條紋可能會出現,起因於一個被稱為浮力波的現象,亦被稱為重力波。雖然科學家們最近使得重力波的發現成為頭條新聞:時空中的漣漪由精力充沛的事件所造成,如黑洞的碰撞;但是這重力波是完全不同的東西。美國國家暨太空總署(NASA)的探測器「新視野號」(New Horizons),在冥王星的大氣層中首次發現,冥王星表面似乎形成一個很像在湖的表面上的漣漪。

在2015年七月新視野號近距離飛越冥王星,首席研究員 Alan Stern 說:「[這些]不是宇宙重力波,但為大氣重力波。現在我們的團隊有一個越來越一致的共識:你所看到的結構,那水平條紋的帶狀或分層,是由重力波形成。」

Stern 是美國西南研究院(SwRI)在科羅拉多州的研發協理副總裁,於三月在德克薩斯州 Woodlands 舉行的月球與行星科學會議上,談到重力波假說。他說,帶狀為重力波是根據新視野號的觀察與結合電腦模擬所得出的結論。

大氣層中的漣漪

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把一塊石頭扔進一個池塘裏。為人們所熟知的,傳播出去的漣漪是重力波的一個例子,這是由一種作用於流體的力所產生的。這些波通常出現在一個流體遇到另一個流體(如池塘的表面,水遇到空氣)或不同密度的流體相遇。

Strobel 說,冥王星的重力波以類似的方式形成。冥王星的表面,物質經歷了突然的變化:冰轉化為氣體而不先融化成液體(這一過程稱為昇華),和氣體經過沈積作用的過程變成了固體。這些事件造成的力量推動大氣層。

Darrell Strobel,一個大氣科學家和新視野號的團隊成員,透過電子郵件告訴SPACE.com:「在大氣層中的任何干擾都可以產生重力波,如風吹過山脈,[和]不斷變化的天氣系統。」

據新視野號大氣主題團隊組長,也是美國西南研究院成員的 Randy Gladstone 認為,Strobel 發展出一個想法:也就是在水平方向、昇華推動的風穿越過冥王星的山脈,可能產生了重力波而形成由新視野號觀察到的複雜的大氣層。由於這些波在大氣層中上下的移動,它們壓縮和釋放在霾粒子的區域,Gladstone 透過電子郵件告訴 Space.com。雖然這些波本身不可見,在垂直分層所得到的結果卻是脫穎而出。

Strobel 說:「在冥王星上,冰的昇華和氣體的運輸至寒冷地區可以推動重力波。」

美國國家暨太空總署的科學家們認為,大氣層的交替亮度也可能是由於重力波而成的

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在2015年7月新視野號抵達冥王星的任務之前,這個遙遠的世界預計不具備有多大的一個大氣層。雖然科學家們能夠在新視野號經過這一個遙遠的行星前面時,一窺氣體包圍在這個世界,但他們也只能仰賴薄弱的數據提示的線索,以找出重力波是否出現在這個星球上。

Stern 說:「新視野號約15分鐘就解決了這個問題。」

航天器觀測到將近二十幾層的霾在這顆行星的大氣層裡,而 Strobel 的模型顯示是由重力波所形成的。

冥王星並非唯一具有大氣重力波的世界。大氣重力波也出現在地球上,由光火山爆發或從帶電極光急劇加熱所產生。風和天氣也能產生波。土星的冰衛星土衛六海王星的衛星海衛也有重力波的強烈訊號。他們的存在揭示了他們的東道主世界的大氣,以及提供地表活動的線索。這些波還可以提供大氣層成分組成的提示,一如大氣層的結構影響受到波的增長而能有多大。

Strobel 說:「這裡(冥王星)的大氣層不完全是靜態的;所有作用於大氣層的力量並非於精確的平衡。這裡有著大氣層中的壓力差,和可以用來推動風的地形特徵。」

來源: Space.com

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