西南研究院(SwRI)的科學家們通過將NASA新視野號任務的數據跟尖端的實驗室實驗和外大氣層模型的結合揭示了冥王星的衛星Charon上的紅帽的可能組成及它可能是如何形成的。這篇有史以來第一次使用新實驗數據對Charon的動態甲烷大氣層進行了描述。
新視野號科學小組成員、SwRI的Randy Gladstone表示：“在新視野號之前，冥王星最好的哈勃圖像只顯示了一個模糊的反射光團。除了在冥王星表面發現的所有迷人的特徵之外，這次飛越還發現了Charon上的一個不尋常的特徵，即以其北極為中心的一個令人驚訝的紅帽。”
在2015年的相遇之後不久，新視野號的科學家們提出，在Charon的兩極有一種淡紅色的“類似薄荷葉的”物質–可能是由紫外線分解甲烷分子而合成。這些分子在逃離冥王星后被捕獲，然後在漫長的冬夜裡被凍結在月球的極地地區。Tholins是由光驅動的化學反應形成的粘性有機殘留物，在這種情況下，是由行星際氫原子散射的萊曼-阿爾法紫外線輝光驅動。
SwRI的Ujjwal Raut博士說道：“我們的發現表明，Charon稀薄大氣中急劇的季節性激增以及光線分解冷凝的甲烷霜是理解Charon紅色極區的起源的關鍵。這是迄今為止在一個行星體上觀察到的表面-大氣層相互作用的最說明問題和嚴酷的例子之一。”
研究小組在SwRI新的實驗室天體物理學和空間科學實驗中心(CLASSE)真實地複製了Charon的表面條件，以此來測量Charon冬季半球上產生的碳氫化合物的成分和顏色，因為甲烷在萊曼-阿爾法輝光下凍結了。該小組將測量結果輸入到Charon的一個新大氣模型中，以此來顯示甲烷在Charon的北極點上分解成殘餘物。
Raut說道：“我們團隊新穎的‘動態光解’實驗為行星際萊曼-阿爾法對合成Charon的紅色物質的貢獻提供了新限制。我們的實驗是在一個超高真空室中，在萊曼-阿爾法光子的照射下冷凝甲烷，從而以高保真的方式複製Charon兩極的條件。”
SwRI的科學家們還開發了一個新計算機模擬以為Charon的稀薄甲烷大氣建模。
該團隊將SwRI的超現實實驗結果輸入大氣模型以此來估計在紫外線影響下甲烷分解產生的複雜碳氫化合物的分佈。該模型的極區主要產生乙烷，這是一種無色的物質，不會造成紅色的顏色。
“我們認為來自太陽風的電離輻射分解了萊曼-阿爾法的極地冰霜，從而合成越來越複雜、越來越紅的材料來負責這個神秘的衛星上的獨特反照率，”Raut說道，”乙烷的揮發性比甲烷低，在春季日出后很長一段時間內都會凍結在Charon的表面。暴露在太陽風中可能會將乙烷轉化為持續的紅色表面沉積物，從而促成了Charon的紅帽形成。”
SwRI的Josh Kammer博士表示，團隊將調查太陽風在紅極形成中的作用。