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。