裂縫、冰凍和傾倒——來自冥王星過去的新線索

裂縫、冰凍和傾倒——來自冥王星過去的新線索

太空聯盟

2016-12-08閱讀原文

阿盟說

還記得冥王星的心嗎？新發現表示，這顆由天氣控制其形狀和在空間中的位置的行星，「心」里可能有一片海哦。

與此同時，科學家發現每當冥王星繞太陽一圈，都會在「心」里積累一點氮雪，冰雪多了會怎樣呢？和阿盟一起來看看吧！

譯文：喬小海

責編：寒凌旭

審校：鄭永春

斯普特尼克（注1）平原（Sputnik Planitia）是冥王星表面著名的心形區域中的一個1000公里寬的盆地。它之所以在現在這個位置，可能是因為堆積的冰使得冥王星這顆矮行星打了個滾，並在地殼中產生了裂縫和張力，導致了可能存在地下海洋。

上述研究結論來自一篇發表在11月17日的《Nature》上的文章，文章的作者為美國亞利桑那大學月球和行星實驗室（LPL，Lunar and Planetary Laboratory）的博士生詹姆斯·基恩（James Keane）及其導師助理教授松山勇（Isamu Matsuyama）。他們給出了證據：在一種被稱之為「真極移」的過程中，堆積的冷凍氮將整個行星拽失衡了，就像一個旋轉的陀螺上粘了一塊口香糖。

基恩說: 「有兩種方式可以改變一顆行星的自轉。第一種——也是我們都很熟悉的一種——行星的傾角的改變，也就是行星自轉軸相對於太陽系的其餘部分重新調整了方向。第二種方式是通過真極移了，雖然自轉軸相對於太陽系的其餘部分保持固定，但行星在其下重新定向了。」

行星喜歡用這樣一種能量最小化的方式來自轉。簡言之，這意味著行星願意重新定向，使得任何多出來的質量更接近赤道，並使得任何少掉的質量更靠近兩極。比如說，如果一個巨大的火山從洛杉磯長出來，那地球將會重新調整姿態從而把洛杉磯轉到赤道上去。

Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

要理解冥王星的極移，首先要認識到冥王星與地球的不同: 地球的自轉軸只是略微傾斜，這使得地球赤道附近的地區接收到最多的陽光，而冥王星就像一個側躺著旋轉的陀螺。因此冥王星的兩極得到了最多的陽光，依季節而定，會是它的南極或者北極，但冥王星的赤道地區則始終非常寒冷。

因為冥王星到太陽的距離比我們遠將近40倍，這使得冥王星這個冰與石頭的小球需要248個地球年才能完成它的冥王星年。在靠近冥王星赤道的低緯度地區，溫度可達零下240攝氏度，冷得足以把氮氣凍成冰塊。

在冥王星的一年中，起初氮氣和其它外來氣體凝結在永久陰影區中，最終隨著冥王星繞著太陽公轉，這些冰凍的氣體升溫揮發再次變成氣態，並在這顆行星的另一側再次凝結，導致了斯普特尼克平原的季節性「降雪」。

Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

基恩說: 「每當冥王星繞太陽一圈，都會在心形區域那積累一點氮雪。一旦堆積了足夠的冰雪，或許一百多米厚，它就會開始改變行星的形狀，這會導致行星重新定向。如果你在行星上的一個地方堆積了過多的質量，它就會想轉到赤道那裡去。最終，經過數百萬年，它將會拖倒整個行星。」

從某種意思上說，冥王星是一顆由天氣控制其形狀和在空間中的位置的（矮）行星。

基恩說：「我覺得這個整顆行星通過揮發循環被拖倒的想法，之前並沒有很多人真的想過。」

這兩位研究人員使用新視野號飛船（New Horizons）飛臨冥王星時觀測到的數據，將其與計算機模型相結合，這樣他們可以將類似斯普特尼克平原這樣的特徵在行星表面上移動，看看會對行星的自轉軸產生什麼影響。模型表明，斯普特尼克平原的地理位置最終非常接近它預期的位置。

極移最早是在月球和火星上發現的，現象本身和冥王星上的類似，只不過發生在遙遠的幾十億年前的過去。

「在冥王星上，這些過程正在進行。」基恩說，「冥王星的整個地質狀況——冰川、山脈和峽谷——看起來都和揮發過程有關。這與太陽系中大部分行星和衛星的情況不一樣。」

Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

不僅如此，模擬和計算也預測了冥王星核心聚集的冰凍揮發物將會導致行星表面有裂縫和斷層，它們的位置與新視野號觀測到的位置精確吻合。

基恩解釋道，冥王星上構造斷層的存在暗示了冥王星歷史上某個時期曾存在地下海洋。 「就像凍住的冰塊，」他說，「當水變成冰時會膨脹。在行星尺度上，這一過程會使行星表面破裂，造成我們今天所看到的斷層。」

與這篇文章同時發表的還有一篇報告，是由加州大學聖克魯茲分校的佛朗西斯·尼莫和其同事撰寫的，他們同樣考慮了冥王星表現的重新定位的含義。他們贊同潮汐力可以解釋斯普特尼克平原目前的位置，但是為了使他們的模型可用，現在的冥王星也得有一個地下海洋。

這兩項工作都強調了「出乎意料活躍的冥王星」的概念。

「在新視野號之前，人們通常認為揮發物僅僅是一層薄薄的霜，一種可以改變顏色或者影響局部或區域地質情況的表面效應，」基恩說，「行星上的揮發物運動和冰的移動可能導致一種戲劇性的、撼動行星的效果，這點並不是什麼人都可以預測到的。」

這篇研究文章的合作者是日本札幌北海道大學創意研究機構的鎌田俊一（Shunichi Kamata）以及工作於美國印第安州普渡大學西拉法葉校區和亞利桑那州圖森行星科學研究所的喬丹·斯泰克勞福（Jordan Steckloff）。

注1:

Sputnik是1957年10月4日前蘇聯發射的世界上第一顆人造地球衛星的名字，通常翻譯成伴侶號，後來也作為人造衛星的代名詞，Sputnik平原意為人造衛星平原，這裡採用音譯斯普特尼克以避免誤解。

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