寒冷的冰凍世界──冥王星


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2015年7月14日國際標準時11時49分57秒(台北時間19時49分57秒),「新視野號(New Horizon)」探測器將以9600公里的距離,以相對於冥王星13.78Km/s的速度飛掠這顆太陽系中從未有探測器造訪過的神秘行星,至少,在2006年1月19日「新視野號」發射時,這顆天體仍舊是顆行星。

(2006年8月16日,國際天文聯合會(IAU)重新訂立行星的定義,冥王星因此自行星名單中除名)

新視野號探測器將由接近垂直冥王星衛星的公轉軌道面通過,屆時將距冥王星只有9600公里的距離,將可近距離觀測冥王星表面特徵與偵測軌道附近的氣體分子成份。

新視野號探測器將由接近垂直冥王星衛星的公轉軌道面通過,屆時將距冥王星只有9600公里的距離,將可近距離觀測冥王星表面特徵與偵測軌道附近的氣體分子成份。

冥王星現在距地球約38.16AU(天文單位),天體直徑只有2390公里,這使這顆天體的視直徑僅有0.086角秒(1角秒為1/3600度),這角度有多小呢?如果說我們拿現今市售最高畫素的相機-Canon 5DSR(5030萬畫素,每畫素的尺寸約為4.1μm的大小)來嘗試拍攝它的話,會需要至少使用4948mm焦距長度的鏡頭(筒?!)才能剛好讓冥王星的影像大小佔據1像素的畫面,剛好就只是一個「點」的大小而已,如果你想要3*3的畫素來嘗試解析冥王星的表面亮暗特徵,則至少需要14846mm以上的焦距才做的到!

而且很遺憾,因為空氣流動造成大氣層的擾動影響(鹿林天文台的平均約1.5~1.7角秒,Mauna Kea約1.0角秒,參考資料),因此在地表幾乎是不太可能(除非你有調適光學)解析出冥王星的表面特徵.......。

但冥王星與衛星夏隆或許就值得一試了!這兩顆天體的平均軌道半徑是19,600公里,視角約1.42角秒,很接近鹿麟天文台的擾動極限,如果說有焦距長度在2000mm以上的鏡筒,或許有些機會(但要先克服大氣擾動,還有光學系統的問題,不要提醒我繞射極限Orz),冥王星現在亮度約14.10等,夏隆約16.96等,兩者亮度約相差13.93倍,仍是有點機會在同一幅影像中呈現的!但還是老話一句,如果能把自己發射到軌道上會更容易些!

因此,下面這幅影像或許很多人仍覺得並沒有多壯麗,但卻已經是有史以來最清晰的冥王星表面特徵!

由新視野號所拍攝之冥王星與衛星夏隆的連續動態影像,值得注意的是兩顆天體間存在非常明顯的重力鎖定現象

由新視野號所拍攝之冥王星與衛星夏隆的連續動態影像,值得注意的是兩顆天體間存在非常明顯的重力鎖定現象

由哈伯太空望遠鏡於2006年間拍攝之冥王星及其衛星影像,在新視野號甦醒前,這是人類最清晰的冥王星畫面

由哈伯太空望遠鏡於2006年間拍攝之冥王星及其衛星影像,在新視野號甦醒前,這是人類最清晰的冥王星畫面

 

 

人類首張可分析的冥王星表面地質特徵影像!截至目前為止最清晰的冥王星!

人類首張可分析的冥王星表面地質特徵影像!截至目前為止最清晰的冥王星!

冥王星的表面溫度大約是多少呢?這其實可以利用黑體輻射來計算出,當然實際情況未必會這麼完美,像是冥王星表面未必是個完美黑體,或許有溫室效應的影響,這些都會影響實際的天體表面溫度,因此這只是個初步估算的方式。

冥王星現在距離太陽約40AU,因光強度隨球體表面積傳播,距離每延長兩倍每單位面積所皆收到的輻射強度會下降為原本的1/4,因此在冥王星表面的正午亮度會只有地球的1/1600,這也就是這陣子很夯的冥王星時間(新視野號接近目標活動特集) 每日一冷#冷知識935就有介紹唷!

首先需要知道太陽的表面輻射總量是多少,這可由太陽的「總表面積 (6.09*1018 m2)」與太陽的「表面溫度 (5778K)」,搭配「史帝芬-波茲曼定律 E=σT4」算出,得出太陽的總輻射量為 3.85*1026 Js-1
 因亮度隨距離平方成反比迅速衰減,因此在冥王星的軌道位置(40AU)每平方公尺所接受到的太陽輻射量只剩下0.85 Js-1m-2,冥王星可以接收陽光的投影面積為4.49*1012m2,因此整顆冥王星所能接收到的太陽總能量為3.83*1012 Js-1m-2

但因為冥王星表面會反光,反照率(albedo)約為0.4~0.7(),也就是說它只會吸收太陽總能量的30~50%,因此要將冥王星所能吸收的總能量先打個折才行,約只會有1.15*1012至1.91*1012 Js-1m-2。

再來假設冥王星是個完美黑體且為完美球體,其吸收的所有能量將會透過他的表面積輻射出去,因此太陽輸入的總能量(E)將完全透過冥王星的表面積向外輻射出去,由E=(表面積)*σT4可計算得出冥王星的表面溫度約在38.8 (反照率0.4)~32.6K (反照率0.7)之間,也就是介於攝氏-234.4至-240.5度之間........。

這只是很粗略的估算方式,完全沒有考量溫室氣體可能造成的影響,因此若用此種方式計算地球的表面溫度,將會獲得攝氏-18.8度的數值!也就是當地表完全沒有溫室氣體的情況下,地球應該有的溫度......。

 

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七月 14th, 2015 by