澳大利亚核科技组织 信用:NASA 行星科学家博士
海伦·梅纳德-凯斯利及其同事首次报道了固态甲烷和氮气是如何随着温度变化而膨胀的，并解决了与氮气结构相关的历史性模糊问题
这项研究受到了“新视野”任务的启发，该任务在五年前飞越冥王星时，在这颗矮行星的表面发现了固态甲烷和氮的冰川
在发表在《国际循环研究杂志》上的研究中，他们还提供了固体甲烷和氮气颗粒在变暖时方向发生意外变化的证据，这表明颗粒可能正在生长
冥王星的轴线倾斜120度，在围绕太阳的248年旅程中，经历了24至54开尔文(-250至-220摄氏度)的季节性温度变化
梅纳德-凯斯利说:“甲烷和氮分子能够在如此低的温度下流动，这一事实与甲烷和氮分子的晶体结构如何变化有关，这就是为什么结晶学能够回答关于这些不寻常的景观的问题。”
“在冥王星的温暖季节，仍然在-220摄氏度左右，甲烷和氮气分子在固体中自由旋转——分子没有很好地结合在一起，”她说
“在非常低的温度下研究这些材料的机械性能确实很有挑战性，因此我们缺少了关于外部行星体异常情况的有用信息
" 梅纳德-凯斯利研究外层结冰行星及其卫星的表面，他使用袋熊高强度衍射仪和低温熔炉重现了这些条件
她承担了甲烷和氮气的热膨胀研究，因为这是以前没有做过的
这两种分子密度的变化被认为有助于解释冥王星的冰川学
对一系列温度下的热膨胀进行直接的结晶学研究有一些意想不到的结果
“在冥王星的温度范围内，氮实际上有两种晶体结构，令我惊讶的是，最普遍接受的低温α形式模型并不符合我们的数据
事实证明，这是一个自20世纪70年代以来从未解决过的话题，尽管最常被引用的晶胞模型是立方四分子不对称P213空间群，”梅纳德-凯斯利说
在袋熊身上收集了进一步样本的数据，然后再次测试了五种不同的可能结构
“数据符合Pa3̅空间群，其中分子的中心位于晶体结构的原点
这很重要，因为空间群会影响物理属性
" 在替代模型中，氮原子偏离原点
“P213空间群中的一个结构可能是热电的，这意味着当你加热它时，可能会释放能量
这可能与冰川学有关，但是袋熊的数据表明事实并非如此，”梅纳德-凯斯利说
“氮的故事真的很有趣，因为分子有能力冷却成有序结构，这就是α氮相，在这一点上有一个很大的体积下降，”梅纳德-凯斯利解释说
“而在稍高的温度，大约44开尔文，氮分子在塑性状态下自由旋转
" 甲烷的第一阶段也被描述为塑性阶段，其中分子的弱相互作用性质和取向自由度被认为赋予了机械柔软性
这项研究的动机是五年前新视野号任务捕捉到的冥王星表面的惊人图像，这些图像描绘了高耸的冰雪山脉，周围是地势较低的地区，具有明显的流动特征
“冥王星是一个死亡世界的想法已经消失了
新视野号已经收集到证据表明这颗矮行星在其40亿年的生命中一直处于地质活跃状态
" 梅纳德-凯斯利说:“同样有趣的是，在相同的温度范围内，氢键结构水的膨胀是多么小。”
“在数据图中，你可以看到水几乎是一条直线，而甲烷和氮气随着温度的升高会显著膨胀，”她说
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