當冥王星遠離太陽時，它正處於逐漸冷卻的軌道上。每 248 個地球年，這顆矮行星就會完成一個橢圓軌道，遠離我們的恆星，直到 2114 年才會回到原來的位置。自 1930 年被發現以來，這是冥王星第一次在太陽系中移動如此之遠，這可能導致其大氣層逐漸凍結。
行星科學研究所高級科學家阿曼達·西卡福斯（Amanda Sickafoose）領導的研究團隊詳細觀察了這段時期冥王星的大氣變化。研究表明，在這顆矮行星的大氣層中發現了崩潰的最初跡象。
在最近發表在《行星科學期刊》上的一篇文章中，Sickafoose 和他的團隊描述了 2017 年至 2023 年間冥王星大氣層的變化。研究表明，在 2015 年新視野號探測器通過後到 2021 年中期，這顆矮行星的大氣壓力保持穩定。然而，根據考慮霧霾大氣的模型，從 2021 年中期到 2023 年 7 月，記錄到的壓力平均下降了 16%，與探測器觀察到的情況類似。
如何利用恆星分析冥王星的大氣層
目前，還沒有任何太空船距離冥王星夠近，可以直接監測其大氣層。從地球上看，即使使用強大的太空望遠鏡，冥王星只是一個小點。然而，由於冥王星、地球和恆星的持續運動，會發生偶然排列，稱為恆星掩星。透過觀察冥王星經過時恆星光線的變化，科學家可以表徵這顆矮行星大氣層的成分和密度。
收集這些現象的資料是一個複雜的過程。當一顆恆星被冥王星遮擋時，所產生的陰影就會投射在地球上。這些預測可以延伸到廣闊的地區，包括海洋和無人居住的地區。因此，研究人員創建陰影軌跡圖來規劃觀測。自 2017 年以來，Sickafoose 和他的團隊已經監測了 10 次獨立的掩星事件，但只有 4 次能夠從地球上的多個地點觀測到同一事件。這種多中心方法使得可以確認附近觀察者的結果，並由更遠的團隊分析冥王星大氣的不同區域。
「通常，我們傾向於觀察在大型天文台上空有陰影軌蹟的預期掩星，因為這些設備和數據已經證明了它們的有效性，」西卡福斯說。她補充說，該團隊尋求“通過與當地觀察員合作研究陰影軌跡來改進這些數據集。”
儘管冥王星的亮度微弱，並且隨著遠離而亮度會進一步降低，但這些觀測的關鍵點是恆星的光度。望遠鏡精確測量掩星之前、期間和之後捕獲的光量，以記錄星光如何消失並恢復可見。
在掩星事件中，恆星的亮度逐漸變暗。發生這種情況是因為冥王星的大氣層使光線彎曲，而霧霾顆粒（如果存在）可以像薄霧一樣將其散射。當這顆恆星經過矮行星的冰體後面時，它就完全消失了。
西卡福斯說：“觀察恆星亮度變暗和重新出現的簡單技術如何使我們能夠在一個相當於月球大小三分之二、距離太陽遠三十倍的天體上研究脆弱的大氣層，這一直讓我感到驚訝。”
透過多年來對幾次掩星的觀測，西卡福斯和他的團隊能夠測量大氣壓力的波動。
了解矮行星上的壓力降和霧
冥王星的大氣主要由氮氣組成，也伴隨其他碳基元素，例如甲烷和一氧化碳，這些元素會產生霧霾。隨著大氣壓力降低，這些霧氣預計會消散並在較低高度積聚。大氣層的精確物理原理尚未完全了解，但正如西卡福斯所解釋的那樣，它與冥王星表面冰的特徵密切相關。在冥王星軌道上進行的此類研究持續了人類幾代人的時間，對於解開這些謎團至關重要。
「我們生活在冥王星特別有趣的時期，」西卡福斯說。她補充說，“我們的工作表明大氣壓力最近開始下降。我希望我們能夠在未來幾年或幾十年內收集更多數據來證實或反駁這一趨勢。”