紀念新視野號飛越冥王星5周年——分享關於冥王星的10件趣事

2015年，新視野太空飛行器飛躍了遙遠的世界，科學家們由此了解到10項冥王星系統最酷，最新奇，最不可思議的發現。

美國宇航局的新視野飛船拍攝於28萬英裡（45萬公裡）外的增色的冥王星全球視圖。這張圖展示了冥王星著名的心臟——一個叫做湯博區的區域。最近有研究表明，冥王星冰冷的心臟使吹過這顆矮行星表面。圖片由美國宇航局/約翰霍普金斯APL/西南研究所提供)

美國宇航局最初在2020年7月14日發表這篇文章。2015年，7月14日，在經過近十年、超過30億英裡的航行後，美國宇航局的新視野飛船在距離冥王星不超過7800英裡（12550公裡）飛行。感謝這個鋼琴大小的探測器，我們第一次可以看到這個遙遠世界壯觀的，多彩的細節。

新視野飛行器和冥王星的邂逅，以及其對冥王星五大衛星中最大的冥衛一衛星的近距離觀察，向人們揭示了一個充滿壯麗山河地質的冰冷世界，如巍峨的群山、廣袤的冰原、深洞、懸崖、山谷和在太陽系中其他地方看不到的地貌。

自那次突破性飛躍的五年裡，幾乎每個關於「冥王星是一個無生命的冰凍星球」的猜想都已經被拋諸腦後了。

歸功於新視野飛行器提供的數據，以下10條是科學家們自2015年了解到的關於冥王星體系最炫酷，最奇異以及最意想不到的發現。

該關於冥王星和它最大衛星，冥衛一的自然彩色圖是由美國宇航局新視野飛船在2015年7月13至14日之間拍攝的圖像合成的。

在我們太陽系的所有衛星和行星組合體系中，冥王星和冥衛一是體積最相近的一組。冥衛一的體積差不多是冥王星的一半大。由於冥衛一相對於冥王星來說過大，他們倆有時會被認作是一對雙矮行星。（圖源：美國宇航局，約翰霍普金斯應用物理實驗室，西北研究所）

1. 冥王星有顆「心」，驅動著這顆行星的活動

冥王星的心臟——「新視野」號在接近冥王星時觀察到的標誌性特徵之一，並在「新視野」號飛越期間以高解析度拍攝到——是一個巨大的、百萬平方英裡的氮冰川。心臟的左心室——稱為斯普特尼克平原(Sputnik Planitia)——幾乎迫使這顆矮行星轉向，讓該盆地現在幾乎正對著冥王星的衛星冥衛一（Charon）。

詹姆斯·塔特爾·基恩（James Tuttle Keane）是一名行星科學家，也是加州帕薩迪納噴氣推進實驗室的新視野小組成員。他說:這個過程被稱為「真極漂移」——是行星體改變其自轉軸時的過程，通常這一過程是大型地質作用的結果。

斯普特尼克平原處於目前位置並不是個意外。它是個寒境，氮冰在這裡加速堆積成一個厚度至少2.5英裡（4公裡）的冰床。此大量物質的持續不穩定，加上隨著冥衛一繞冥王星運動產生的潮汐性推拉，使這個矮行星傾斜導致該盆地與冥王星和冥衛一之間的潮汐軸更緊密的對齊了。基恩說：這項活動也很可能是破裂冥王星表面和在其地殼製造許多曲折蔓布於冥王星大部分地區的嚴重故障的原因。

這個盆地被認為已在它目前所處位置的西北方，離冥王星的北極圈更近處進一步發展成形。並且冰塊應該會繼續在盆地加速堆積，冥王星將繼續調整它自己。

冥王星心臟的西方跳動——斯普特尼克平原區域內冥王星表面及亞表面特徵剖面圖。新視野數據顯示這片區域下可能存在水海洋。圖片來自：詹姆斯 塔特爾 基恩/NASA

2.冥王星表面下是否藏著液態水海洋？

聚集起來的冰可能不是使得斯普特尼克平原重新定位的唯一因素。來自該盆地的新視野號數據顯示，在它下面可能有更重質量的東西發揮了作用，科學家懷疑更重質量的東西是一個水構成的海洋。基恩說:

那是一個驚人的發現。這將使冥王星變成一個難以捉摸的「海洋世界」，就像木衛二、土衛二和土衛六一樣。

其他幾條證據，包括在新視野號的圖像中看到的構造結構，也指向冥王星地殼下面存在的海洋。

斯普特尼克平原很可能是40億年前由一個直徑30到60英裡(50到100公裡)的柯伊伯帶天體撞擊而形成的，它在冥王星的冰殼上切下了一大塊，只在盆地的底部留下了一個薄而脆弱的冰層。表層下的海洋很可能通過擠壓脆弱的地殼從底部侵入盆地，

基於該行星圖像的最新模型表明，這種液態海洋可能是在冥王星快速、猛烈的形成過程中產生的。

3. 冥王星的構造活動可能依舊活躍

巨大的斷層綿延數百英裡，在覆蓋冥王星表面的冰殼上切割了約2.5英裡。然而，科學家解釋冥王星有這些裂縫的唯一原因是其表層下海洋在逐漸凍結。

水在結冰時膨脹，在冰殼下，膨脹會推動表面並使其破裂，就像你冰箱裡的冰塊一樣。但是如果溫度足夠低，壓力足夠高，水晶體會開始形成更緊密的晶體結構，冰會再次收縮。

使用新視野號數據的模型顯示，冥王星具備這種使冰收縮的條件，但它沒有任何已知的地質特徵表明收縮已經發生。對科學家來說，這意味著表層下的海洋仍然處於結冰的過程中，並有可能在表層形成新的斷層。基恩說:

如果冥王星是一個活躍的海洋世界，這就意味著柯伊伯帶的矮行星中可能遍布其他海洋世界，這極大地增加了我們太陽系中潛在的宜居地的數量。

但是，儘管今天冥王星的液態海洋可能仍然存在，科學家們懷疑在大多數地方(雖然不是在斯普特尼克平原下面)它被近200英裡(320公裡)的冰隔離了。這意味著它今天可能還沒有接觸到表面;但在過去，它可能通過被稱為低溫火山的火山活動滲出。

4. 曾經活躍的火山也許還繼續活躍著

但也許不是你想像的那種「火山爆發」。

在地球上，熔巖噴吐、流涎、氣泡，就像在夏威夷一樣。但在冥王星上，有許多跡象表明，一種冰冷的、泥狀的低溫熔巖曾在不同時期在表面湧流。

科學家稱之為「低溫火山」。

萊特蒙斯（Wright Mons）和皮卡蒙斯（Piccard Mons）與太陽系中發現的任何其他火山都不一樣，這兩座位於斯普特尼克平原南部的大山，每座都有一個很深的位於中心的坑，科學家們認為這很可能是低溫火山的火山口。

斯普特尼克平原的西面是Viking Terra，那裡有很長的裂縫和地塹，那裡也有證據表明表面曾經有流動的低溫熔巖。

在斯普特尼克平原更遠的西部是Virgil Fossae地區，不超過10億年前(甚至更近的時間)富含氨的低溫熔巖似乎爆發到地表上、給幾千平方公裡的區域覆蓋上紅色的有機分子。

你所看到的是冥王星著名的心臟圖片。這是心臟右葉一個被叫做斯普特尼克平原的區域的一個特寫鏡頭。這個圖像跨越了大約50英裡（80千米），展現了冥王星冰面上數以千計的坑洞以及更大的環流圖案。科學家們懷疑這些「島嶼」是漂浮的水冰山，或者可能是冰山尖。圖源美國宇航局/Johns Hopkins APL/美國西南研究所。

5. 冰河幾十億年的雕刻，至今仍未停工

冥王星加入了地球、火星和少數擁有活躍流動冰川的衛星的行列。

斯普特尼克平原的東部是許多(大部分)氮冰冰川，它們從坑窪的高地流向盆地，在經過的過程中切割出山谷。科學家們懷疑，氮從冰升華為蒸汽，飄在這顆矮行星周圍，然後又在表面凍結，這種季節性和「超級季節性」的氮冰循環是冰川冰的來源。

但這些冰川與地球上的水凍結形成的冰川不同。首先，它們的內部融化都不會落向冰川的底部。液氮會上升到頂部，因為液氮的密度比固體氮小。當液氮出現在冰川頂部時，甚至可能以噴氣或間歇泉的形式噴發。

此外，冥王星表面的一些地方是由水凍結成的冰組成的，其密度比氮冰略低。當冥王星的冰川雕刻其表面時，一些水凍結成的「巖石」會沿冰川升起，像冰山一樣漂浮。這樣的冰山在「新視野」號拍攝的幾張斯普特尼克平原的照片中可以看到，冥王星已知的最大的冰川，其直徑超過了620英裡(1000公裡)，大約是俄克拉荷馬州和德克薩斯州大小的總和。

NASA新視野項目的科學家們利用最先進的計算機模擬技術呈現出了冥王星斯普特尼克平原表面的「冰細胞」。從地質學來看，這些「細胞」還「年輕」，並且在對流（就是在一鍋沸水裡見到的那種現象）的作用下翻滾。圖片來源：NASA/ 約翰·霍普金斯應用物理實驗室/美國西南研究院。

6. 長著「細胞」的巨大冰川

如果將斯普特尼克平原表面放大近距離觀察，你會發現一種在太陽系中獨一無二的現象：散布在冰上的奇怪多邊形圖案。這些圖案分別有至少6英裡（10公裡）寬，在冰川表面翻滾不安，連成一片。

這種圖案看起來像顯微鏡下的細胞，它們卻不是細胞，而是冥王星內部熱量試圖從冰川下逃出來的證據。（這些熱量）造出上湧的氣泡和下沉的氮冰，好像熱的熔巖燈。

熱冰上升進入細胞中部，冷冰下沉聚積細胞邊緣。這種現象在地球的冰川內，甚至是在我們已知的太陽系任何地方都絕無僅有。

白色區域便是冥王星之心。它是一片廣袤的氮冰，每日蒸發、凝結循環往復，為行星各處帶來「氮風」。圖片來源：NASA。

7. 控制著冥王星大氣與氣候的「跳動之心」

儘管寒冷的冥王星與地球相距甚遠，每日有節奏地鼓動著的「冥王星之心」（Tombaugh Regio）卻如同格陵蘭島及南極洲控制著地球氣候般，異曲同工的控制著冥王星的氣候。

冥王星之心中的氮冰每日都要歷經一個白天從冰升華為蒸汽，寒冷的夜間凝結回地表的循環。每一個循環都如同一拍心跳，操縱著最高風速能達32千米每小時的氮氣風在行星循環。

來自NASA加利福尼亞阿姆斯研究中心的行星科學家Tanguy Bertrand說：「冥王星之心實際上控制著冥王星的大氣循環」。 據Bertrand使用「新視野」(New Horizons) 數據創建的精密天氣預報模型顯示：當冰層在冰冷的「冥王星之心"北部升華並在南部結冰時，它們驅動了奇怪地與冥王星東旋相反的西向凌冽大風。

Bertrand還說到：「位於冥王星之心西部邊緣的史波尼克高原上的風條紋正是這些向西的風與冥王星之心邊緣崎嶇的地形相撞後留下的。考慮到冥王星的大氣層僅為地球的1/100，000，這算是一個了不起的發現。同時，這也為其他一些令人驚訝的類沙漠特徵做出了合理的解釋。」

據史波尼克冰川的特寫顯示，這些位於西北邊緣的水冰山可能提供了粒子，而冥王星的氮氣「心臟」則提供了風。圖片來源：NASA。

8. 冥王星也有沙丘

這不是撒哈拉沙漠，也不是戈壁灘，這裡是冥王星。在斯普特尼克平原西部邊緣，數以百計的沙丘延伸出至少45英裡（75千米），科學家們懷疑它們形成於近期。

沙丘需要微小粒子以及持續的，強勁的風來吹升沙粒或者其他東西。儘管冥王星引力微弱，大氣稀薄，極度寒冷並且整個表面由冰構成，但顯然，冥王星具備了（或者說依然可能具有）形成沙丘所需的所有條件。

在西北部斯普特尼克冰川邊緣的水冰山可能提供了這些微粒，而冥王星跳動的氮「心」提供了風。不同於地球上有時被大風吹的石英，玄武巖和石膏砂，科學家們懷疑冥王星上的沙丘是被速度不高於20英裡每小時（32千米每小時）的風帶來的沙子尺寸的甲烷冰微粒，雖然構成了沙丘規模，但過去的風可能更加強烈，大氣也更加濃厚。

冥王星和冥衛一被擊打出大型隕石坑，但是幾乎沒有小型的，這或許意味著比預計中更少的小型柯伊伯帶天體。圖源美國宇航局。

9. 沒有「小坑」，卻有大學問

行星表面發現隕石坑是太空常態；但若說到冥王星系統有什麼不同的話，就是冥王星和卡龍都沒有很多小隕石坑——而是幾乎都很大。

凱爾西辛格（Kelsi Singer）是新視野項目的代理科學家與合作研究者，來自科羅拉多州博爾德市（Boulder， Colorado）的西南研究所。她說:這讓我們很驚訝，因為這裡的小隕石坑數量比我們預想得更少，這也就意味著柯伊伯帶（Kuiper Belt）的小天體比我們預期的更少。

對新視野號傳回的隕石坑圖像的分析表明，幾乎沒有直徑小於1英裡的物體撞擊過這裡；因為科學家們堅信構造活動不會優先消除這些小隕石坑的表面，這就表明柯伊伯帶很可能沒有極小天體的存在。

辛格說:這些結果給我們提供了太陽系如何形成的線索，因為這告訴了我們關於巨大星體的組成部分的數據，如冥王星，甚至可能是地球。

冥王星最大衛星，冥衛一的色彩增強圖。圖像顏色經過處理從而突出衛星表面性質的變化；最引人注目的是微紅的北部（頂端）極地區域。圖源美國宇航局/ Johns Hopkins APL/美國西南研究所。

10. 冥衛一的過去，能否揭示其他冰封世界的奧秘？

「新視野」號還捕捉到了一些冥衛一的圖像，這些圖像向人們展示了冥衛一的某些驚人地貌。

在「新視野」號拍攝到的高清圖片中，冥衛一的某一面顯示出了兩塊截然不同的地勢：一塊是平原，向南延伸，一望無際，被官方命名為Vulcan Planitia，其面積至少與美國加州相當；另一塊崎嶇的地勢被人們命名為Oz Terra，向北延伸至冥衛一的北極。兩者似乎都是由冥衛一地殼下的古老海洋（你猜對了! ）凍結和膨脹形成的。

向北方的適度擴張造就了Oz Terra多巖石及多山的地勢，與此同時向南方的擴張促使古海洋由漏孔，裂縫以及一些像「冰熔巖」等的出口處滲出，溢滿它的表層。事實上，Vulcan Planitia被認為曾是冥衛一早期歷史上覆蓋整片區域的巨大冷流供應。

相似的特徵也存在於一些分布在太陽系各處的冰衛星上，其中包括海王星的巨大衛星Triton，土衛Tethys，Dione和Enceladus，以及天王星的衛星Miranda和Ariel。並且多虧了來自新視野的冥衛一精細圖，冥衛一的過往模型可能成為理解其他冰封世界的火山和地質活動的塔石碑。

末尾語：根據新視野數據得出的有關冥王星的十大「酷」事

作者：EarthSky

FY：Astronomical volunteer team

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