西南研究院(SwRI)的科学家们通过将NASA新视野号任务的数据跟尖端的实验室实验和外大气层模型的结合揭示了冥王星的卫星Charon上的红帽的可能组成及它可能是如何形成的。这篇有史以来第一次使用新实验数据对Charon的动态甲烷大气层进行了描述。

新视野号科学小组成员、SwRI的Randy Gladstone表示：“在新视野号之前，冥王星最好的哈勃图像只显示了一个模糊的反射光团。除了在冥王星表面发现的所有迷人的特征之外，这次飞越还发现了Charon上的一个不寻常的特征，即以其北极为中心的一个令人惊讶的红帽。”

在2015年的相遇之后不久，新视野号的科学家们提出，在Charon的两极有一种淡红色的“类似薄荷叶的”物质--可能是由紫外线分解甲烷分子而合成。这些分子在逃离冥王星后被捕获，然后在漫长的冬夜里被冻结在月球的极地地区。Tholins是由光驱动的化学反应形成的粘性有机残留物，在这种情况下，是由行星际氢原子散射的莱曼-阿尔法紫外线辉光驱动。

SwRI的Ujjwal Raut博士说道：“我们的发现表明，Charon稀薄大气中急剧的季节性激增以及光线分解冷凝的甲烷霜是理解Charon红色极区的起源的关键。这是迄今为止在一个行星体上观察到的表面-大气层相互作用的最说明问题和严酷的例子之一。”

研究小组在SwRI新的实验室天体物理学和空间科学实验中心(CLASSE)真实地复制了Charon的表面条件，以此来测量Charon冬季半球上产生的碳氢化合物的成分和颜色，因为甲烷在莱曼-阿尔法辉光下冻结了。该小组将测量结果输入到Charon的一个新大气模型中，以此来显示甲烷在Charon的北极点上分解成残余物。

Raut说道：“我们团队新颖的‘动态光解’实验为行星际莱曼-阿尔法对合成Charon的红色物质的贡献提供了新限制。我们的实验是在一个超高真空室中，在莱曼-阿尔法光子的照射下冷凝甲烷，从而以高保真的方式复制Charon两极的条件。”

SwRI的科学家们还开发了一个新计算机模拟以为Charon的稀薄甲烷大气建模。

该团队将SwRI的超现实实验结果输入大气模型以此来估计在紫外线影响下甲烷分解产生的复杂碳氢化合物的分布。该模型的极区主要产生乙烷，这是一种无色的物质，不会造成红色的颜色。

“我们认为来自太阳风的电离辐射分解了莱曼-阿尔法的极地冰霜，从而合成越来越复杂、越来越红的材料来负责这个神秘的卫星上的独特反照率，”Raut说道，”乙烷的挥发性比甲烷低，在春季日出后很长一段时间内都会冻结在Charon的表面。暴露在太阳风中可能会将乙烷转化为持续的红色表面沉积物，从而促成了Charon的红帽形成。”

SwRI的Josh Kammer博士表示，团队将调查太阳风在红极形成中的作用。