新研究為冥王星的巨大冰片提供了解釋

【博科園-科學科普】2015年7月當它歷史性地飛越冥王星時，新視野號宇宙飛船給了科學家和普通公眾第一個清晰的圖片，說明了這個遙遠的矮行星的樣子。除了提供冥王星的「心」、冰凍的平原和山脈的驚人圖像外，它探測到的最有趣的特徵之一是冥王星神秘的「有葉的地形」。

在2015年7月從新視野中看到的冥王星的葉片地形。圖片版權：NASA/JHUAPL/SwRI

根據新視野所獲得的數據，這些特徵幾乎完全是由甲烷冰構成的，類似於巨型葉片。在他們發現的時候，導致這些特徵的原因仍然是未知的。但根據新視野小組成員的新研究，這些特徵可能是與冥王星複雜的氣候和地質歷史有關的特定侵蝕的結果。

自從新視野號探測器提供了冥王星的地質特徵的詳細資料後，這些鋸齒狀山脊的存在一直是一個謎。它們位於冥王星表面的最高海拔處，靠近赤道，海拔可以達到幾百英尺。在這方面，它們與penitentes相似，這是在地球赤道上的高海拔雪地里發現的一種結構。

Penitentes在智利的Chajnantor平原南端。圖片版權：Wikimedia Commons/ESO

在那裡這些結構是通過升華形成的，大氣中的水汽會結冰形成直立的、葉片狀的冰結構。這個過程是以升華為基礎的，溫度的快速變化會導致水從蒸汽轉變為固體(再回來)，而不會變成液體狀態。考慮到這一點研究小組考慮了在冥王星上形成這些山脊的各種機制。

他們所確定的是冥王星的地形是在冥王星的極端海拔處的大氣甲烷凍結的結果，然後導致了與地球上發現的類似的冰結構。該團隊由美國宇航局艾姆斯研究中心的研究科學家傑弗里·摩爾(Jeffrey Moore)領導，他也是新視野的團隊成員。正如他在NASA的新聞聲明中解釋的那樣：

當我們意識到這是由大量的甲烷冰堆積而成的，我們問自己為什麼它會形成所有這些脊，而不是在地面上有大塊的冰。」事實證明，冥王星受到氣候變化的影響，有時，當冥王星溫度升高時，甲烷冰就會開始「蒸發」。

但與地球不同的是，這些特徵的侵蝕與在eons過程中發生的變化有關。這並不奇怪，因為冥王星的軌道周期是248年(或90560個地球日)，這意味著它需要這麼長時間才能在太陽周圍完成一個軌道。此外，它的偏心特性意味著它與太陽的距離相當大，從在近日點的29.658 AU到在aphelion的49.305 AU。

地圖基於新地平線上的地形(頂部)和構成(底部)的冥王星表面。這兩者都表明了冥王星的部分，在那裡有葉片的地形被觀察到。圖片版權：NASA/JHUAPL/SwRI/LPI

當行星離太陽最遠時，高海拔地區的大氣就會結冰。當它靠近太陽時這些冰的特徵就會融化並再次變成大氣的水蒸氣。由於這一發現，我們現在知道冥王星的表面和空氣顯然比之前想像的要活躍得多。與地球有一個水循環的相同方式，冥王星可能有一個甲烷循環。

這一發現也可以讓科學家們繪製出冥王星的位置，而冥王星的位置並不是在高細節中拍攝的。當「新視野」號的飛行任務完成時，它拍攝了冥王星唯一一面的高解析度照片——被指定為「相遇半球」。然而它只能在較低的解析度下觀察到另一邊，這阻止了它被詳細地映射。

但是根據這項新的研究，NASA的研究人員和他們的合作者已經能夠得出結論，這些尖銳的山脊可能是冥王星「遠端」的一個普遍特徵。這項研究也很重要，因為它促進了我們對冥王星的全球地理和地形的理解，無論是過去還是現在。這是因為它展示了大氣甲烷和高海拔特徵之間的聯繫。因此研究人員現在可以通過尋找大氣中的甲烷濃度來推斷冥王星的海拔高度。

不久前冥王星被認為是太陽系中最不為人所知的天體之一，因為它與太陽的距離非常遙遠。然而，由於「新地平線」(New Horizons)任務所收集的數據，科學家們正越來越熟悉它的表面，更不用說那些已經形成的地質和氣候力量的類型。

參考：NASA

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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