NASA的新视野号（New Horizons）飞船于2015年7月14日在最接近点前，捕捉到了这张冥王星最大的卫星卡戎的高分辨率的色彩增强照片。该图像结合了由飞船的拉尔夫/多光谱可见光成像相机(Ralph/Multispectral Visual Imaging Camera, MVIC)获取的蓝色、红色以及红外图像；这些颜色被处理成最合适地加亮了越过卡戎时表面性质发生的变化。科学家们认识到北（顶部）极区域中的红褐色物质——非正式命名为魔多暗斑(Mordor Macula)”——是从冥王星的大气层逃逸到卡戎上经过化学过程的甲烷。卡戎宽754英里（1,214千米）；该图像分辨清晰度小到1.8英里（2.9千米）。
图片来源: NASA/JHUAPL/SwRI
在2015年6月，当飞近中的NASA新视野号飞船上的相机首先注意到冥王星最大的卫星卡戎上的红褐色大型极地区域时，任务科学家们知晓了两件事：他们从未在我们太阳系中的其它地方见到类似的情况，并且他们迫不及待地要获悉其背后的故事。
近一年来，在分析了新视野号从其2015年7月历史性的飞行期间所发回的图像和其它数据之后，科学家认为他们已经解开谜团。正如本周他们在国际科学期刊《自然》（Nature）中详述的，卡戎的极地着色来自于冥王星自身——因为甲烷气体从冥王星的大气层逃逸并被卫星的重力“捕获”并且被冻在卡戎极地的寒冷、结冰表面。这是通过如下的化学处理而发生的：来自太阳的紫外线将甲烷转换成比重较大的碳氢化合物并且最终转换成称为索林（tholins）的红褐色有机物质。
谁会想到冥王星是涂鸦艺术家呢，将覆盖的区域犹如新墨西哥般大小的红褐色斑点喷涂在其伴星上？
--Will Grundy,新视野号联合研究员, 罗威尔天文台（Lowell Observatory）, 弗拉格斯塔夫, 亚利桑那州
“谁会想到冥王星是涂鸦艺术家呢，将覆盖的区域犹如新墨西哥般大小的红褐色斑点喷涂在其伴星上？”亚利桑那州弗拉格斯塔夫内罗威尔天文台的新视野号联合研究员及文章的主要撰稿人Will Grundy问。“每一次我们探索，我们总是发现惊喜。大自然惊人的创造力在于使用物理和化学的基本原理来创造奇景。”
团队将由新视野号获得的精细的卡戎图像的分析与冰在卡戎的极地上逐渐形成的计算机模型结合。任务科学家先前推测来自冥王星大气层的甲烷被捕获在卡戎的北极中并且缓慢转变成红褐色物质，但是并没有模型来支撑该理论。
新视野号团队钻研数据从而确定在这颗德克萨斯州大小的卫星（具有753英里(1212千米))或1,212英里(1951千米)的直径）上的条件是否能够允许捕捉和处理甲烷气体。利用冥王星和卡戎绕太阳的轨道运行一周为248年的模型显示出在卡戎极地处非常极端的气候，在此100年的连续日照与另一长达一世纪的连续黑暗相互交替。表面温度在这些漫长冬季期间下降到华氏-430度（摄氏-257度），冷的足以将甲烷气体冻成固体。
“甲烷分子在卡戎的表面上乱窜直到它们既无法逃回至太空也无法在寒冷的极地着陆，在此它们冻成固体形成一层薄薄的甲烷冰一直持续到春季日照回归，”Grundy说。但是在甲烷冰迅速消退时，由其产生的比重较大的碳氢化合物则留在表面上。
这些模型同样表明，在卡戎的春季，回归的日照引起冰冻的甲烷转换回气态。但是在甲烷冰迅速消退时，由这种蒸发过程产生的比重较大的碳氢化合物则留在表面上。
日照进一步将那些遗留物照射成红褐色物质——称为索林——其历经几百万年缓慢地积聚在卡戎的极地上。新视野号观察卡戎的当前处于冬季黑暗中的另一极——并且由新视野号仅通过从冥王星反射的光，又称“冥王星照耀（Pluto-shine）”——确认在两极发生同样的活动。
“这项研究解决了我们在冥王星的巨型卫星卡戎上发现的最大谜团之一，”来自西南研究院（Southwest Research Institute）的新视野号主要研究者和研究论文的联合撰稿人Alan Stern说。“并且它将开辟柯伊伯带（Kuiper Belt）内带有卫星的其它小行星也许在其卫星上创造相似的、或甚至更广延的‘大气转换 ’特征的可能性”。（译者 Yanni 校对：Frank）
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