科学家解析冥王星之“心”

　　冥王星的冰冻心形区是由远古的陨石撞击的盆地形成的吗？它曾经靠近冥王星的北极吗？冰封的心形区域下是否隐藏着一个地下海洋？

　　这张高清图片是由NASA的“新视野”号探测器拍摄的，图中明亮广阔的区域既是冥王星之“心”的西边半叶，或说是史泼尼克平原（Sputnik Planitia），这片区域充满了氮气、一氧化碳、以及甲烷冰。

　　Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

　　这片心形区域在2015年被“新视野”号探测器首次发现，科学家们提出了几种新的设想去解释冥王星冰冻的心形区域形成的原因。研究者们主要关注心形区域的西半片，这部分区域被非正式地命名为“史泼尼克平原”，这片平原其实是一个充满了固态氮气、固态甲烷，以及固态一氧化碳的深盆地，与冥王星最大的卫星卡戎相反。很多科学家猜测冥王星之“心”的西半叶盆地是很久前由柯伊伯带的物体撞击形成的，但至少还有一个假说表明这片盆地并不是撞击形成的。

　　新视野号的研究员，同时也是马里兰大学天文学教授的Douglas Hamilton将他的研究发表在这周的《自然》期刊上，研究表明这片固态氮气冰盖有可能在更早前就形成了，那时候冥王星的自转速度很快，不需要撞击就能产生这样一个盆地。他说：“当冥王星的转速放缓的时候，为了维持对卫星的引力，冥王星需要一个朝向或反向于卡戎的不对称力，而这片冰盖提供了这个力。”当冥王星的自转减慢以匹配其卫星的轨道运动时，冰盖的形成会提供轻微的不对称，使得它们朝向或远离卡戎。

　　在“新视野”探测器拍摄的伪彩色照片中，冥王星之“心”清晰可见。被非正式命名为“史泼尼克平原”的盆地，处于“心”的左侧，差不多是椭圆形的部分。图片左上方是冥王星最大的卫星卡戎，看上去和“史泼尼克平原”完全不同。位于“心”左侧的，近似椭圆的区域，正是被非正式命名为“史泼尼克平原”的盆地，它出现在冥王星最大的卫星卡戎的正对面，如左上方图所示。

　　Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

　　通过电脑模型，Hamilton和Coauthors发现，“史泼尼克平原”最初成因可能是由于冥王星复杂的气候，冥王星的自转轴倾角有120°（地球的自转轴倾角为23.5°）。模拟冥王星的温度显示，它的平均公转周期为248年，南北纬30°左右为最寒冷的区域，比南北极还要寒冷。在这一纬度上，冰会自然而然地形成，包括位于北纬25°的“史泼尼克平原”中心。

　　Hamilton的模型同时展示了另一个论点，小块冰沉积物通过反射太阳光和热自然而然地产生更多的冰。结果，那片区域会持续低温，从而产生更多的冰，如此循环。这被称作失控的反照率效应，这一现象将可能最终产生一片独立存在的冰盖，比如这片冥王星之“心”。在Hamilton的设想中，这片冰盖及其沉重，以至于已经陷入冥王星的地壳之中几英里或几千米的深度，这就解释了为什么“史泼尼克平原”低于周边区域。

　　其他同时发表的模型支持撞击盆地的观点，并且暗示他们认为冥王星表面之下存在海洋。其中一篇论文，主要作者是加利福尼亚州圣克鲁斯大学的Francis Nimmo，他也是新视野号的研究员之一。论文模拟了“史泼尼克平原”由陨石撞击而形成的场景，卡戎的形成就是一个类似的例子。在这个设想中，这个盆地形成后，在冥王星自转速度变慢的期间移动到了它现在所在的位置。“盆地移动的原因是在它下方“斯史泼尼克平原”的附加质量，”Nimmo说，“陨石冲击击穿了冥王星的表面冰层，使得下方的液体上涌。由于水的密度大于冰，这就是使史泼尼克平原移动的附加重力。”

　　“由于冥王星的岩石内核放射性衰变而产生的热量，表层冰层下方的海洋能存在几十亿年。除此之外，地下海洋的重新冷冻也解释了冥王星表面差异巨大像是断裂的地形特征。”

　　“史泼尼克平原是冥王星上最为宝贵的发现之一，而它的成因却还是一个谜。”科罗拉多州博尔德市，美国西南研究院的“新视野”号首席研究员Alan Stern说，“这些新论文让我们向解开这些谜团迈进一步。无论史泼尼克平原的成因如何，至少太阳系中没有一个类似的例子存在。我们将继续这一研究，但是无论“史泼尼克平原”的成因是何，有一件事是确定的――对冥王星的探索是21世纪行星科学的新课题。”（编辑：Tricia Talbert 翻译：狐步 校对：汪慧）