黑暗冥王星露真容

程世豪

新視野號探測器飛向太陽系最黑暗的角落，從約50億千米遠的地方傳回的圖像，揭示了矮行星世界的一些巨大奧秘。

黑暗總是悄悄伴隨著神秘性和強大吸引力，尤其是在廣闊浩瀚的太陽系。

這里的主角——冥王星，是一顆躲在太陽系邊緣角落的黑暗小星球，直徑僅為月球的三分之二，質(zhì)量僅為月球的六分之一。為了探索這顆在太陽系黑暗角落里的神秘星球，美國宇航局于2006年發(fā)射了新視野號探測器。新視野號除了攜帶各種科學(xué)設(shè)備以外，還搭載了許多有特別意義的紀念品，其中就包括冥王星發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博的30克骨灰。

終于來到這顆黑暗星球

經(jīng)過近10年的飛行，新視野號終于能和冥王星“相會”了。但是新視野號并沒有在冥王星上停留，因為冥王星的引力太弱，如果探測器要在其表面停留，需要消耗大量燃料。而新視野號只有一架鋼琴般大小，總質(zhì)量僅為470千克，燃料根本不夠用。因此它只能從冥王星身旁飛掠而過，遙遙相望一眼，借機對冥王星進行觀測。

即便如此，新視野號探測器還是給我們帶來了令人驚喜的高分辨率圖片，沒人能預(yù)料到太陽系偏遠角落的極寒地帶，居然有這么活躍的地質(zhì)現(xiàn)象，以及有一些類似地球的“面貌”。

那么，這顆矮行星的廬山真面目究竟是怎樣的呢？

指向太陽系歷史的線索

從新視野號發(fā)回的照片可看出，冥王星上有一片暗色且遍布撞擊坑的古老區(qū)域，叫做克蘇魯區(qū)。此處的撞擊坑無比巨大，其中最著名的是埃利奧特撞擊坑，它的直徑長達85千米。

這是一種奇怪的場景。在科學(xué)家的天文假設(shè)中，太陽系邊緣的星球上不會出現(xiàn)很多大型隕石坑。

此事還要從冥王星的家鄉(xiāng)和行星起源說起，其中還有一個重要的角色——微行星。

冥王星位于柯伊伯帶，柯伊伯帶中還有許許多多的小天體，也就是微行星。之前，天文學(xué)家認為微行星的形成過程應(yīng)該是這樣的：宇宙中微小塵埃顆粒經(jīng)由不斷的碰撞和黏合，形成越來越大的個體。這一過程會形成一些直徑為幾千米，少數(shù)直徑為幾百千米的微行星。這些微行星會不時撞擊冥王星，在其表面上留下密密麻麻、大小不一的撞擊坑。天文學(xué)家覺得，由于多數(shù)微行星直徑不大，所以大多數(shù)撞擊坑應(yīng)該是小型的。

但新視野號傳回的圖像卻完全是一幅新穎的畫面——冥王星上古老的克蘇魯區(qū)的撞擊坑巨大無比，并且很少出現(xiàn)小型撞擊坑。根據(jù)這一點，一些天文學(xué)家開始懷疑之前的行星形成假說，同時猜測行星的形成或許是另一種方式——“礫石吸積”模型。該模型認為，一部分成群結(jié)隊的小巖石像是約定好了一樣，突然塌縮，幾乎瞬間就合并成更大級別的微行星。

這似乎就能解釋為什么克蘇魯區(qū)擁有那么多大型撞擊坑了。一些天文學(xué)家還認為“礫石吸積”模型不只創(chuàng)造像冥王星那樣小小的冰雪星球，也可能是氣態(tài)巨行星和地球等溫暖巖石行星形成的“關(guān)鍵技術(shù)”。

跟地球相似的大氣特征

冥王星的天空跟地球一樣，也是藍色的，并且是更美麗純凈的藍色。其大氣層以氮為主，整個大氣層又薄又冰冷。新視野號拍攝的冥王星諾爾蓋山的日落照片，向我們展示了朦朧、條紋狀、充滿氣溶膠微粒的大氣層，延伸到其表面200多千米，看起來就像是被蒙上了一層薄薄的霧霾層。

為什么會出現(xiàn)類似地球的“霧霾”現(xiàn)象呢？其實冥王星的大氣層的霧霾還分層次的。

首先是較低層的霧霾，可能是光化學(xué)煙霧現(xiàn)象引起的。太陽光照射下甲烷和其他氣體發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成煙灰狀的小顆粒，這些顆粒將逐漸沉降到天體表面。在大氣層中，這些煙霧顆粒會散射藍光，使得冥王星的天空呈現(xiàn)美麗的藍色。通常情況下，藍色的天空一般是由于很細小的顆粒散射太陽光，地球上藍天的“魔法顆?！笔菢O微小的氮氣分子，而冥王星上的“魔法顆?！睍晕⒋笠恍愃朴谖覀兪熘臒焿m。

至于冥王星較高層的霧霾，研究人員認為這應(yīng)該是冥王星的大氣層自由電子發(fā)生反應(yīng)引起的。太陽光中的紫外線分解并電離大氣中的氮氣分子與甲烷分子，形成復(fù)雜的帶正電和負電的離子。當(dāng)這些帶電離子結(jié)合時，就會形成更加復(fù)雜的有機大分子。有機大分子繼續(xù)發(fā)生化學(xué)合成反應(yīng)，并逐漸長大，最終形成細小顆粒物。當(dāng)這些顆粒像雪粒子一樣沉降到冥王星表面時，會給地表蒙上一層淡淡的紅色或灰色。

此外，我們知道地球上的水循環(huán)非常重要，降雨下雪、干旱蒸發(fā)等過程皆和水循環(huán)有關(guān)。冥王星也有類似的情況，只是主導(dǎo)的物質(zhì)不同，冥王星上參與天氣的物質(zhì)是氮，它擁有的是氮循環(huán)。在冥王星上，氮會從氮冰海洋里升華出來，逃逸到大氣中，就像水分從地球海洋里蒸發(fā)出來一樣。然后，它會像雪粒子一樣降下來，或者以霜的形式凍結(jié)在冥王星東部高地中，最后，又流回到平原的冰川里。

被“凍氮”攪拌的平原

太陽系中最著名、也是最奇怪的一個地形，是被稱為冥王之心的心形冰原地貌——斯帕尼克平原。從新視野號傳回的照片中可以看出，這個約1000千米寬的大平原被粗略地分為許許多多幾十千米大小的多邊形，好比地球上干旱田地里發(fā)生的龜裂現(xiàn)象。為什么會這樣？

科學(xué)家覺得這是冥王星上的對流作用造成的，因為太陽表面也存在類似的情況。不過冥王星上起到對流作用的關(guān)鍵物質(zhì)，也就是參與天氣的物質(zhì)——冰形式的氮，稱作氮冰。斯帕尼克平原的氮冰的深度估計在5～7千米之間。氮冰是一種優(yōu)良的熱絕緣體，因此在氮冰層之下，即使是非常微弱的熱量也可以集中起來，當(dāng)聚集到一定程度時就能產(chǎn)生對流。那么這些熱量從何而來呢？在冥王星內(nèi)核，放射性元素衰變會產(chǎn)生熱量，從而驅(qū)動對流攪拌斯帕尼克平原。

另一方面，這片可移動的“陸地”上還遍布密密麻麻的坑?？茖W(xué)家們認為，這些凹點麻坑的成因是冰層壓裂和氮冰升華共同所致。

而聚集在麻坑之間連接處的塊狀物，可能是浮在密集的氮冰之上的水冰。它們就像是縮小版本的山脈，飄浮在斯帕尼克平原的邊緣。

像花崗巖一樣堅硬的

飄浮冰山

上面提到斯帕尼克平原的邊緣有水冰，你不要感到奇怪，因為冥王星確實有大量的水，所以有水冰并不稀奇。

可以這么說，冥王星的基巖是水冰。因為這種物質(zhì)和地球上的花崗巖一樣堅硬，它們分布于冥王星的表面，表面的溫度為零下240攝氏度。

在斯帕尼克平原的西北側(cè)，有以水冰巖形式形成的延綿大山脈。這些千米高的水冰山脈可能是通過漂?。ɑ蛘咴∵^）在密集的氮冰之上，才得以停泊在斯帕尼克平原。水冰大山上布滿皺巴巴的山脊和碎石，它們是由山脈冰川破裂下落推擠而成的。

可是，科學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個疑點：相對于氮冰、甲烷冰，水冰的揮發(fā)性要低得多。按照這個原理，冥王星上的絕大部分地區(qū)都應(yīng)該被氮冰和甲烷冰等更具揮發(fā)性的冰覆蓋才對，水冰反而要被掩埋在其他冰層的下面，很難露出地表。

那么，為什么冥王星上會有暴露在地表的水冰呢？這是一個謎團，還有待進一步的研究來解釋。

4千米高的冰火山

冥王星上有一座特別的山，叫做萊特山。它和那些分布在冥王星表面的鋸齒狀山脈不一樣，因為它是一個有中央巨大深坑的丘狀腫塊，看起來更像是一座火山。

如果這座4千米高的萊特山真的是火山，那么它會不會跟地球火山一樣噴發(fā)出火熱的巖漿呢？

答案——當(dāng)然不會。我們之前也提到過，冥王星是一顆冰凍星球，如果噴發(fā)的話，可能會流出一些冰寒物質(zhì)——或許是冰水和其他物質(zhì)組成的巖漿混合物。但這也只是估計。

人們好奇的是，萊特山是一座死火山還是只是處于休眠狀態(tài)的活火山？按理說，對于寒冷的冥王星，“冰火山”不應(yīng)該會出現(xiàn)“熱活動”，很久以前巖漿物質(zhì)就應(yīng)該被凍住，不得動彈了。但這仍然需要證據(jù)來證實。

此外萊特山還有一個另類的特點：山體兩側(cè)幾乎沒有任何撞擊坑，說明它并沒有過多地暴露在“太空隕石雨”中，這在冥王星表面算是新奇的。因此，有些科學(xué)家認為萊特山并不是冥王星早期經(jīng)歷留下來的遺跡，它應(yīng)該很年輕，也許只有幾萬歲。endprint