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数据分析深入了解冥王星 冥王星上或存在过地下海洋
发布日期: 2020-07-20 14:06:10 来源: 天文在线

对冥王星的新理解,对冥王星的形成和太阳系的早期历史都有重要意义。

两篇论文对冥王星表面下是否存在过海洋进行了研究。论文作者在3月的第51届月球与行星科学会议上对研究进行了报告,受COVID-19影响,该会议变成了一个虚拟会议。在2015年飞越号之前科学家就对冥王星是否存在过地下海洋提出过疑问,对新视野号数据的分析进一步为这一想法提供了肯定回答的新证据。

“热情似火”VS“冷酷无情”?

利用新视野号拍摄的冥王星图像,一项名为“冥王星被吸积后是否有海洋存在过”的研究,探讨了行星形成过程中的一个关键问题:冥王星是不是一开始就很冷,缓慢地聚集着岩石和冰粒子?还是在高温开始时,它形成的速度更快,积累的热量比进入太空的热量多?这两种情况都对冥王星是否有能力在冰冷的表面下形成早期海洋有着重要的影响。

如果冥王星是在冷启动的情况下形成的,研究人员将有望看到冥王星表面压缩特征的证据;相应地,扩展特性将指向热启动。这两种情况都支持地下海洋的存在,只是理由不同。

第一作者卡弗·比尔森(圣克鲁斯大学)解释说,早期重新冻结的(地下)海洋预示着早期的全球扩张。相反,早期冰层融化形成海洋会产生压缩特征。

通过对“新视野号”传回的图像进行梳理,研究人员发现了一些伸展特征的初步证据,特别是位于心形的斯普特尼克平原西部的地堑。根据该地区陨石坑的数量,这些特征已经有40亿年的历史了,这些特征显示热启动模型是正确的。到目前为止,还没有在冥王星表面发现相关的压缩特征。

利用早期形成的模型,我们可以假设预测:通过地心引力的压缩和核心的放射性衰变,冥王星先经历了一段时间的变暖,随后随着冰的重新冻结和膨胀,它不断地扩展。

但在热启动模型的假设下,冥王星的形成时间将很短,即不到3万年的时间内。比尔森说,如果冥王星是快速形成的,那么撞击产生的热量加上物质会使冥王星变暖的速度比能量辐射到太空的速度更快。其他研究小组试图解释为什么如此多的柯伊伯带天体(KBOs)拥有卫星,这表明KBOs必须快速形成。这两种非常独立的方法都完美地指向了同一个答案。

威廉·麦金农(华盛顿大学-圣路易斯分校)说,几乎没有证据能显示压缩,相对来说,扩展的证据却很多。利用这一点来证明是否存在过是间接的…但最简单的解释才最有意义。

麦金农解释说,事实上,形成环境也更倾向于热启动,因为周围有太多的能源(从最初的形成,放射性元素的衰变,和碳形成的影响),真的很难去证明冷启动。

尽管有证据显示冥王星存在过地下海洋,但这些证据并不像卡西尼号飞船在土星的卫星恩克拉多斯上看到的喷发出的烟羽或伽利略号飞船在木星的卫星欧罗巴上探测到的磁感应证据那样,可以确定冥王星上确实存在过地下海洋。

如果冥王星的热启动理论是正确的,我们可能在厄里斯、金卫和其他柯伊伯带天体上看到类似的伸展特征。

在LPSC会议上发表的另一项研究报告了在冥王星面向冥王星一侧看到的波纹。这些特征与被认为在另一个半球上形成斯普特尼克行星的巨大撞击所产生的冲击波是一致的。

新视野号在2015年飞越冥王星时,只以低分辨率捕获了面向冥王星半球的图像。研究小组的模拟结果显示,一个直径400公里(250英里)的撞击物曾以大约2公里/秒(5英里/小时)的速度撞击冥王星,然后产生了一个150公里深的古老的地下海洋。

该研究的第一作者阿德涅·丹顿(普渡大学)解释说,当一个巨大的物体撞击到一个天体时,天体会释放地震波,地震波会穿过天体的另一端。另外,天体的内部结构决定了地震波对对面地区的破坏程度。

对冥王星特征的分析和研究中的撞击模拟让我们得以窥视冥王星内部,并对其结构和可能存在的地下海洋及其性质加以论证。

登顿说:“斯普特尼克行星的对跖点的变形与冥王星的海洋厚度和核心成分密切相关。”“因此,我们可以研究不同厚度的海洋如何影响对跖点的变形,以确定海洋的存在是否会形成这些特征,如果有必要,需要有多厚。”

她和同事们写道,这项初步工作很有助于深入了解冥王星的内部结构。

前景展望

我们还会向冥王星发射探测飞船吗?2015年的时候,我们只看到了一个高分辨率的半球。发射返回式卫星一定会很有趣,但这需要精心筹备来完成计划:新视野号在经过冥王星之前航行了近10年。研究人员仍在探索新视野号的飞行路线,寻找可能的第三次飞越目标。(该任务还进行了一个独特的视差实验,跟随链接,看看你可以如何加入!)

如果我们不能探索冥王星,另一个值得探索(并与冥王星相比)的有趣世界将是海王星的大卫星特里同,科学家认为它是一个被捕获的柯伊伯带天体。还需要很多研究来支持项目发展,有人提议在本世纪30年代发射一个巨大的人造冰轨道飞行器完成一系列的任务。

现在,我们可以研究新视野提供的冥王星的图像,并探索在遥远的世界里都有什么。

作者: DAVID DICKINSON