冥王星怪異無(wú)比

麥迪·斯通+姜德杰

2015年7月14日，數(shù)百萬(wàn)人屏住呼吸注視著他們制造的鋼琴大小的航天器飛往4 8億千米外的冰冷巖石（指冥王星）。通過(guò)“新地平線”號(hào)探測(cè)器，我們第一次看清了冥王星，所見令人吃驚。但之后8個(gè)月以來(lái)，幾篇有分量的科技論文的發(fā)表，清楚地顯示出我們對(duì)這個(gè)微小世界之復(fù)雜性只知皮毛。

我們眼中的冥王星上有高聳的冰山，有流動(dòng)氮?dú)鉀_蝕出的峽谷，在廣闊的冰原上布滿冰丘，上空因光的散射造成了

許多復(fù)雜的光層（那時(shí)其上空變成了藍(lán)色），小衛(wèi)星像瘋狂的陀螺一樣旋轉(zhuǎn)，有一個(gè)名為卡戎（冥衛(wèi)一）的雙星幽靈。行星科學(xué)家做夢(mèng)也沒(méi)有想到，在我們太陽(yáng)系黑暗的外圍會(huì)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)比他們想象中更為復(fù)雜且有活力的系統(tǒng)。

近期發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的五項(xiàng)最新研究講述了冥王星及其奇怪小衛(wèi)星家族的故事。盡管論文中的事實(shí)、數(shù)據(jù)和圖像令人印象深刻，但我們對(duì)冥王星的整體了解還很有限。為了寫這篇文章，我與6名行星科學(xué)家進(jìn)行了交談。在他們看

來(lái)，要想了解這個(gè)宇宙奇景是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，還需要做更進(jìn)一步的研究。

簡(jiǎn)言之，我們所知如下：冥王星是一顆小星球，其直徑為月球直徑的70%；它和冥衛(wèi)一一起被重力環(huán)抱，冥衛(wèi)一的大小約為冥王星的1/2，質(zhì)量約為冥王星的1/8。冥王星有一個(gè)巨大的巖石核，其元素構(gòu)成與地球相似。巖石核被冰幔包裹，冰幔上又覆蓋了一層更具揮發(fā)性的冰層，其中含有氮、甲烷和一氧化碳。星球上的溫度在極冷與極熱間轉(zhuǎn)換，這三種揮發(fā)性冰層不斷純化、沉淀并在冥王星表面流動(dòng)，結(jié)果形成了令人驚訝的各種地貌，譬如有圖案的平原、歷史久遠(yuǎn)的崎嶇環(huán)形山、高聳的山脈，甚至還有冰火山。

“新地平線”號(hào)地質(zhì)地球物理成像團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，也是描述冥王星地質(zhì)情況的論文的第一作者杰夫·摩爾說(shuō)：“最令人吃驚的是冥王星地質(zhì)情況的多樣性。我認(rèn)為，冥王星在每一個(gè)可能的方面都超出了我們的預(yù)期?！?/p>

斯普特尼克冰原是冥王星上最有趣、最神秘的地質(zhì)特征之一，它位于被稱作“冥王之心”的“湯博區(qū)”西側(cè)，是一個(gè)1000千米寬、無(wú)坑無(wú)山的冰盆地。以塊狀多邊形結(jié)構(gòu)為特征的斯普特尼克冰原似乎在積極地進(jìn)化，就像羅威爾天文臺(tái)的威爾·格倫迪所言，“它就像一只煮燕麥的壺一樣在緩慢移動(dòng)著”。這種冰對(duì)流的機(jī)制還不為人所知，專家認(rèn)為，或許是由于冥王星內(nèi)部的熱以及上層氮冰和下層水冰之間的密度差共同作用的結(jié)果。

格倫迪說(shuō)：“它比任何人幾年前能夠想象到的要混亂復(fù)雜得多。在地球上，我們有水，水可以蒸發(fā)、結(jié)晶。我們不知道當(dāng)有多個(gè)揮發(fā)物同時(shí)存在時(shí)會(huì)發(fā)生什么，冥王星向我們展示了這些。”

冥王星的大氣層同樣混亂復(fù)雜，它是一個(gè)高約1500千米的氮?dú)夂图淄闅馀荨Ｓ捎诩淄槭茏贤夤庹丈涠鸬哪撤N復(fù)

雜的光化學(xué)反應(yīng)，冥王星的大氣層也擁有一些重有機(jī)物，包括乙炔、乙烯和乙烷。這些分子最終形成微紅色煙狀顆粒，被稱作索林。當(dāng)索林受到暗淡陽(yáng)光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生陰霾，很多很多的陰霾。

西南研究院的一位行星科學(xué)家、一篇描述冥王星大氣層的新論文的首席作者蘭迪· 格萊斯頓說(shuō)，“陰霾驚人，起初我們不知道是什么造成了這些陰霾?！?/p>

實(shí)際上，在冥王星表面最近的兩三百千米的木氣層內(nèi)有幾十個(gè)不同的陰霾層，絕對(duì)令人嘆為觀止。但是，它們到底是怎樣形成的呢？格萊斯頓和他的共同撰稿人在他們的論文中提出，陰霾是由重力波而非引力波造成的，冥王星大氣層中的浮力波使索林顆粒懸浮在不同的水平層上。驗(yàn)證該假設(shè)還需做更多的研究。

“新地平線”號(hào)的近飛探測(cè)得到的另一大驚喜是：冥王星的上層大氣比我們預(yù)想的要冷得多，也密得多。實(shí)際上，在很高的海拔處，大氣變得非常冷，以至于氮?dú)舛汲恋砹?，只在太空的邊緣留下了一層薄薄的甲烷?/p>

“當(dāng)我們看到上層大氣中氮?dú)馊绱松贂r(shí)感到很驚訝?！备袢R斯頓說(shuō)，“這很可能說(shuō)明大氣散逸到宇宙中了，只剩下了我們認(rèn)為的數(shù)量的1/50?！?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/01/17/fdts201605fdts20160521-2-l.jpg" style="">

冥王星的大氣層不像我們起初認(rèn)為的那樣易漏。這一發(fā)現(xiàn)也證實(shí)了空間環(huán)境的觀測(cè)，在那里，從冥王星上脫逃的成

分與來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子流相互作用。大氣和太空物理實(shí)驗(yàn)室的弗蘭·巴格納爾說(shuō)：“我們?cè)瓉?lái)認(rèn)為，會(huì)有物質(zhì)流出大氣層，那將意味著會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的大氣與太陽(yáng)風(fēng)相互作用的區(qū)域。然而，事實(shí)是，太陽(yáng)交互作用的區(qū)域相當(dāng)小?！?/p>

冥王星的太空環(huán)境也非常干凈?！拔覀兿耄?顆小衛(wèi)星再加上冥衛(wèi)一，必定有許多雜物，”巴格納爾說(shuō)，“但是‘新地平線號(hào)的測(cè)塵計(jì)在快速穿過(guò)該區(qū)域時(shí)幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)飛散的粒子。我想這個(gè)事實(shí)告訴我們的是，小衛(wèi)星形成時(shí)制造的塵埃隨即便消散了?！?/p>

這個(gè)事實(shí)還告訴我們，創(chuàng)造了冥王星、冥衛(wèi)一和4顆小衛(wèi)星的那個(gè)劃時(shí)代的事件發(fā)生在很久很久以前。

冥衛(wèi)二、冥衛(wèi)五、冥衛(wèi)四、冥衛(wèi)三是繞冥王星/ 冥衛(wèi)一雙星系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的4顆小而閃亮的行星。《新生星球研究》的共同作者比爾·麥金農(nóng)說(shuō)：“這些行星上有相當(dāng)數(shù)量的環(huán)形山，這可將它們的形成期推到至少40億年前?！北M管這些行星的構(gòu)成成分還沒(méi)有確定，但是它們的亮度足以使我們確信它們是由冰組成的?；蛟S，它們是大沖擊期間冥王星外殼的脫落塊。

沒(méi)有更好的方法來(lái)描述它：冥王星的小行星們完全混亂不堪。它們以超常的速度和瘋狂的角度旋轉(zhuǎn)，恰似被綁在旋轉(zhuǎn)椅上的pop-o-matic游戲盤中的骰子。

麥金農(nóng)說(shuō)：“誰(shuí)知道這是怎么回事呢。雖然我們從未見過(guò)類似的事情，但或許在我們太陽(yáng)系中繞大一點(diǎn)的星球旋轉(zhuǎn)

的某些捕獲衛(wèi)星都是這樣混亂的。對(duì)那些喜歡動(dòng)力學(xué)的人們來(lái)說(shuō)，這僅僅是自然多樣性的又一個(gè)例子?！?/p>

在此，我簡(jiǎn)單地總結(jié)了近期發(fā)表的五篇論文的研究結(jié)果，它們代表了數(shù)月來(lái)對(duì)穿越深空網(wǎng)絡(luò)從“新地平線”號(hào)傳回的數(shù)據(jù)的令人印象深刻的總結(jié)。令人難以想象的是，“新地平線”號(hào)在近飛探測(cè)中得到的一半以上的數(shù)據(jù)仍然在正駛?cè)?/p>

柯伊伯帶深處的探測(cè)器上，要全部收回?cái)?shù)據(jù)至少還需要8個(gè)月。未來(lái)的數(shù)據(jù)不會(huì)改變目前的結(jié)論，但會(huì)使細(xì)節(jié)更清晰。

“新地平線”科研團(tuán)隊(duì)下一步的任務(wù)是探究已知事實(shí)的緣由。就像我在開頭說(shuō)的那樣，盡管我們有了所有這些對(duì)冥王星的觀測(cè)結(jié)果，但是我們對(duì)其了解甚少。準(zhǔn)確地說(shuō)，冥王星的山脈、荒地和峽谷是怎么形成的？它們的進(jìn)化有多快？冥王星表面形狀的改變經(jīng)歷了哪些進(jìn)程？?jī)H僅是因?yàn)殛?yáng)光蒸發(fā)了冰，還是因?yàn)槠鋬?nèi)部的熱起了作用？為什么冥王星能如此好地保留其大氣層？其大氣層又是如何與其地面相互作用的？冥王星和冥衛(wèi)一以前是什么樣子的？它倆是如何改變的？

我們剛剛開始回答這些問(wèn)題，不過(guò)還好。事實(shí)上，應(yīng)該說(shuō)比較好。這意味著最好的發(fā)現(xiàn)還在前頭。

延伸閱讀

冥王星上的“蜘蛛腿”

美國(guó)航空航天局近日發(fā)布的冥王星最新照片顯示，在冥王星冰質(zhì)表面匍匐著一只巨型“蜘蛛”。這是一種極為獨(dú)特的地形特征，“蜘蛛”的腿都是巨大的冰體裂縫，其中最長(zhǎng)的一條裂縫長(zhǎng)約580千米。這些裂縫形成的圖案是我們?cè)谕馓?yáng)系空間中從未見過(guò)的，而且和冥王星其他地區(qū)形成的圖案不同。

科學(xué)家將這條裂縫非正式命名為“斯雷普尼亞溝”。這組裂縫東西向較短，長(zhǎng)度不到100千米。在北方和西方，這些

裂縫延伸到北部高緯度地區(qū)斑駁起伏的平原；而在南方，裂縫則被刀片狀的“塔爾塔羅斯山脊”截?cái)?。裂縫暴露出冥王星表面之下的紅色沉積層。

美國(guó)航空航天局“新地平線”號(hào)項(xiàng)目組科學(xué)家介紹說(shuō)，這樣的裂縫在冥王星表面隨處可見，它們通常出現(xiàn)于一個(gè)個(gè)長(zhǎng)條形的范圍內(nèi)，呈并列平行狀。這是由于冥王星表面水冰外殼全球性擴(kuò)大造成的。裂縫如果呈輻射狀延伸，就可能形成蜘蛛狀地形；這種輻射狀的裂縫可能是由于冰質(zhì)外殼某一點(diǎn)集中受力，形成了裂縫匯聚點(diǎn)，比如冰質(zhì)外殼表面之下某種物質(zhì)突然涌出、爆發(fā)等。