天文学家探索冥王星冰冷心脏的奥秘

时间：2021-07-08 07:52:17 来源：

美国国家航空航天局“新视野”号航天器拍摄的高分辨率图像显示了冥王星“心脏”或人造卫星“ Planitia”的西部叶的广阔区域，该叶富含氮，一氧化碳和甲烷冰。

新的研究旨在解决冥王星冰冷心形特征的许多奥秘。

冥王星的冰冻心脏是在一个古老的撞击盆地中形成的吗，它曾经更靠近北极吗？冰冷的心是否掩盖了地下海洋？

科学家们提供了几种新的情况来解释冥王星冰冻心形特征的形成，这种现象最早是在2015年被美国国家航空航天局（NASA）的“新视野”（New Horizons）航天器发现的。研究人员将注意力集中在心脏的西部叶上，非正式地命名为Sputnik Planitia，这是一个深盆，内藏有三种冰-冷冻的氮气，甲烷和一氧化碳-并与冥王星的大型，潮汐状锁住的月亮Charon相对。尽管许多科学家怀疑冥王星的心脏的西半部是在一个大的柯伊伯带天体撞击冥王星所形成的盆地中形成的，但至少有一种新的场景不需要撞击。

马里兰大学天文学教授道格拉斯·汉密尔顿（Douglas Hamilton）和《新视野》（New Horizons）同事本周在《自然》杂志上发表的研究表明，这种氮冰盖可能早在冥王星仍在快速旋转的时候就形成了，并不一定需要撞击盆。汉密尔顿说：“一旦冰盖形成，它就会产生轻微的不对称性，当冥王星的自旋速度变慢以匹配月球的轨道运动时，它就会朝夏隆方向锁定或远离夏隆。”

汉密尔顿及其合著者使用计算机模型发现，人造地球卫星的初始位置可以用冥王星复杂的气候来解释，而复杂的气候本身就是冥王星自旋轴倾斜120度所致。（作为比较，地球的倾斜度是23.5度。）对冥王星的温度进行建模后发现，当对冥王星248年的轨道进行平均时，南北30度左右的纬度成为最冷的地方，远低于任一极。在这些纬度周围自然会形成冰，包括在北纬25度的Sputnik Planitia中心。

汉密尔顿（Hamilton）的模型还表明，少量的冰块会通过反射太阳光和热量自然吸引更多的冰块。结果，那里的温度保持较低，这会吸引更多的冰，并且循环重复进行。这种现象被称为失控的反照率效应，最终将导致一个占主导地位的冰盖，就像在冥王星心脏上观察到的那样。在汉密尔顿的情况下，冰盖可能足够重，足以沉入冥王星的地壳几英里或几千米，这可以解释为什么人造卫星Planitia的高度低于周围的地形。

其他模型（也在12月1日的《自然》杂志上发表）也支持了影响盆地的情况，并暗示了冥王星上存在地下海洋。其中的一篇论文是由加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的主要作者弗朗西斯·尼莫（Francis Nimmo）和《新视野》杂志的同事们共同模拟的，如果人造卫星的盆地是由撞击产生的，例如创建了卡隆的那颗卫星，人造地球卫星将如何形成。在这种情况下，冥王星放慢了旋转的速度，盆地就形成并迁移到现在的位置。尼莫说：“之所以发生迁移，是因为人造卫星普朗皮亚下方的质量增加了。”撞击将在表层挖掘出冰，使其下的水更接近表层。由于水比冰更稠密，所以它提供了额外的质量来帮助推动人造卫星的迁移。

他说，由于冥王星岩石内部的放射性衰变产生的热量，地表以下的海洋可以生存数十亿年。他补充说，海洋的缓慢冻结也可以解释冥王星表面的裂缝网络。

科罗拉多州博尔德市西南研究所的新视野首席研究员艾伦·斯特恩说：“人造地球卫星是冥王星的皇冠上的宝石之一，了解它的起源是一个难题。”“这些新论文使我们更接近揭开这个谜团。造成人造卫星形成的原因，与太阳系其他任何地方都不一样。理解它的工作将继续进行，但是无论其起源是什么，都可以肯定的是-冥王星的探索为21世纪的行星科学创造了新的难题。”

出版物：道格拉斯·汉密尔顿（Douglas P. Hamilton）等人，“冥王星历史早期迅速形成人造卫星Planitia”，《自然》 540号，第97-99页（2016年12月1日），doi：10.1038 / nature20586

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