冥王星巨大心形區域下可能存在「粘稠」海洋

2021-01-17 TechWeb

科學家們認為,在冥王星表面最顯眼的特徵,也就是那個巨大的心形區域地下可能存在一個「粘稠」的液態水海洋,這可以解釋冥王星自轉軸的偏移現象

也有觀點認為,冥王星圍繞太陽每公轉一周,在冥王星心形區域就會累積一些氮冰,而一旦足夠多的冰物質累積,它具備的巨大質量便開始擾動冥王星的自轉穩定,並逐漸造成冥王星原有自轉軸的偏轉

冥衛一的高清圖像。這顆衛星幾乎永遠正對著冥王星上的斯普特尼克平原

正在組裝測試的新視野號探測器。它於2006年1月14日從美國佛羅裡達州卡納維拉爾角航天中心發射升空,並於2015年7月飛過冥王星附近

新浪科技訊 北京時間11月22日消息,據國外媒體報導,科學家們認為,在冥王星表面最顯眼的特徵,也就是那個巨大的心形區域地下可能存在一個「粘稠」的液態水海洋。這或許可以解釋為何冥王星表面的這個被稱作「斯普特尼克平原」(Sputnik Planitia)的部分區域會與冥王星最大的衛星——冥衛一卡戎保持一直線的面對面狀態。

冥王星地表冰層下方的粘稠海洋可以作為一個具有大質量的不規則地體,導致冥王星地表重力分布不均,於是斯普特尼克平原總是對準它最大的衛星。

相關研究的開展是基於美國宇航局「新視野」號探測器獲取的數據進行的。這艘飛船是迄今人類近距離探測冥王星的唯一一艘飛船,它在2015年7月份從冥王星附近飛過,現在正朝著柯伊伯帶繼續飛行,那是一個位於海王星軌道外側,分布有大量冰凍小天體的黑暗區域。斯普特尼克平原是冥王星表面心形區域偏左側的一個近圓形區域,其幾乎直接面朝冥衛一卡戎。除此之外,冥王星和卡戎還處於潮汐鎖定狀態,也就是說這兩顆星球永遠互相以同一面面朝對方。

近期發表在《自然》雜誌上的兩篇論文其中一篇的合作者之一,美國亞利桑那大學的詹姆斯·凱恩(James Keane)表示:「如果你畫一條線,從冥衛一的核心一直連到冥王星,那這條線幾乎會從斯普特尼克平原的正中間穿過。我們把這條軸線稱作潮汐鎖定軸線。」

這一特點對於探究冥王星的演化歷程具有重要意義。研究人員猜測斯普特尼克平原可能形成於冥王星地表的其他區域,隨後在其重力不均衡作用下讓整個冥王星「翻轉」了過來,從其自轉軸偏離近60度。

凱恩解釋稱:「如果一個行星是完全球形的,然後你在它的某個區域增加一些質量並使其轉動,由於重心不穩,你可以預期這個行星會重新調整其轉動軸,直到儘可能地將這多餘的質量塊挪到接近赤道的位置上。而對於像冥王星這樣處於潮汐鎖定狀態的星球來說,它將會儘可能使其靠近潮汐鎖定軸線,也就是那條冥王星-冥衛一連線。」

來自加州大學聖克魯茲分校的弗朗西斯·尼莫(Francis Nimmo)教授是另外一篇論文的作者之一,他表示:「斯普特尼克平原區域的質量要多於其周邊區域,不知怎的,那裡似乎有更多物質。」

但這一理論存在一個問題,因為過去科學家們一般認為該地形是在冥王星演化歷史上與另外一顆天體相撞後留下的痕跡。尼莫教授表示:「斯普特尼克平原是地面上的一個巨大坑洞,因此那裡不應該會有更多質量才對,相反,那裡的質量應該更少。如果這一理論正確,那麼你就必須找到在斯普特尼克平原的冰層下方存在多餘質量的方案才行。」他說:「如果你將這個平原下方的一部分水冰取走,取而代之以液態水,由於水的密度要比冰更大,你就能夠解釋這額外多出來的質量,也就解釋了為何斯普特尼克平原區域整體來看似乎存在著額外的多餘質量。」

如果一次巨大的撞擊事件形成了這個盆地,或許該次事件還導致其他物質,如一個「粘稠」的地下海洋,使冥王星薄薄的地殼向外凸起,從而產生重力上的正異常,導致冥王星自轉軸的偏移。

倫敦帝國學院的馬丁·賽格特(Martin Siegert)教授並未參與這項研究,他將這項研究結果評價為「令人驚嘆的」。他說:「這個海洋溫度應該會很低,鹽度很高,我認為它可能含有大量的氨水成分,因此這個海洋和地球上的或是木衛二上的海洋成分是不同的。這當然屬於一種極端環境,或許也可以算是太陽系內最極端的環境之一吧?」

但詹姆斯·凱恩認為不用冰下海洋模型也同樣能夠解釋斯普特尼克平原對準冥衛一的現象。他說:「斯普特尼克平原填充了數公裡厚的揮發性冰。這些冰的主要成分在地球上以氣態形式存在,比如氮氣、甲烷和一氧化碳。但在冥王星上這些成分都是以固態形式存在的,它們的行為就有些類似於地球上的冰川。」

他的研究組給出的解釋聚焦在氮冰上:「冥王星圍繞太陽每公轉一周,在冥王星心形區域就會累積一些氮冰,而一旦足夠多的冰物質累積,比如說達到100米厚度之後,它具備的巨大質量便開始擾動冥王星的自轉穩定,並逐漸造成冥王星原有自轉軸的偏轉。」他說:「如果你在行星表面的某個區域存在多餘質量,那麼它會傾向於朝赤道靠近。最終,在數百萬年的時間內,那將顛覆整個行星。」但他最後也指出:「目前還很難分辨這兩個理論中哪一個是更加符合事實的,因此兩個研究團隊都需要在未來進一步開展更多的工作來檢驗他們的理論。」

新視野號探測器的大小和一臺大型鋼琴差不多,它於2006年1月14日從美國佛羅裡達州卡納維拉爾角航天中心發射升空,並於2015年7月飛過冥王星附近。在完成對冥王星系統的考察任務之後,項目科學家們已經為這顆探測器選定了它的新目標——一顆編號為2014 MU69的柯伊伯帶天體,預計新視野號探測器將在2019年抵達那裡開展新一輪的考察。(晨風)

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