新的一篇研究揭示了冥王星的早期形成過程以及它是否有過地下海洋。

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新視野號在飛越冥王星后不久回望冥王星。NASA / JHU-APL / SWRI

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對冥王星的新理解，對冥王星的形成和太陽系的早期歷史都有重要意義。

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兩篇論文對冥王星表面下是否存在過海洋進行了研究。論文作者在3月的第51屆月球與行星科學(xué)會議上對研究進行了報告，受COVID-19影響，該會議變成了一個虛擬會議。在2015年飛越號之前科學(xué)家就對冥王星是否存在過地下海洋提出過疑問，對新視野號數(shù)據(jù)的分析進一步為這一想法提供了肯定回答的新證據(jù)。

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“熱情似火”VS“冷酷無情”？

利用新視野號拍攝的冥王星圖像，一項名為“冥王星被吸積后是否有海洋存在過”的研究，探討了行星形成過程中的一個關(guān)鍵問題:冥王星是不是一開始就很冷，緩慢地聚集著巖石和冰粒子?還是在高溫開始時，它形成的速度更快，積累的熱量比進入太空的熱量多?這兩種情況都對冥王星是否有能力在冰冷的表面下形成早期海洋有著重要的影響。

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如果冥王星是在冷啟動的情況下形成的，研究人員將有望看到冥王星表面壓縮特征的證據(jù);相應(yīng)地，擴展特性將指向熱啟動。這兩種情況都支持地下海洋的存在，只是理由不同。

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第一作者卡弗·比爾森(圣克魯斯大學(xué))解釋說，早期重新凍結(jié)的(地下)海洋預(yù)示著早期的全球擴張。相反，早期冰層融化形成海洋會產(chǎn)生壓縮特征。

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通過對“新視野號”傳回的圖像進行梳理，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些伸展特征的初步證據(jù)，特別是位于心形的斯普特尼克平原西部的地塹。根據(jù)該地區(qū)隕石坑的數(shù)量，這些特征已經(jīng)有40億年的歷史了，這些特征顯示熱啟動模型是正確的。到目前為止，還沒有在冥王星表面發(fā)現(xiàn)相關(guān)的壓縮特征。

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在斯普特尼克行星附近(右下)可以看到冥王星上的擴張斷層(箭頭所示)。NASA / JHU-APL / SWRI / Alex Parker;注釋:卡弗·比爾森

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利用早期形成的模型，我們可以假設(shè)預(yù)測：通過地心引力的壓縮和核心的放射性衰變，冥王星先經(jīng)歷了一段時間的變暖，隨后隨著冰的重新凍結(jié)和膨脹，它不斷地擴展。

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但在熱啟動模型的假設(shè)下，冥王星的形成時間將很短，即不到3萬年的時間內(nèi)。比爾森說，如果冥王星是快速形成的，那么撞擊產(chǎn)生的熱量加上物質(zhì)會使冥王星變暖的速度比能量輻射到太空的速度更快。其他研究小組試圖解釋為什么如此多的柯伊伯帶天體(KBOs)擁有衛(wèi)星，這表明KBOs必須快速形成。這兩種非常獨立的方法都完美地指向了同一個答案。

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冥王星和卡戎內(nèi)部的基本模型。

新視野/ JHU / APL

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威廉·麥金農(nóng)(華盛頓大學(xué)-圣路易斯分校)說，幾乎沒有證據(jù)能顯示壓縮，相對來說，擴展的證據(jù)卻很多。利用這一點來證明是否存在過是間接的…但最簡單的解釋才最有意義。

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麥金農(nóng)解釋說，事實上，形成環(huán)境也更傾向于熱啟動，因為周圍有太多的能源(從最初的形成，放射性元素的衰變，和碳形成的影響)，真的很難去證明冷啟動。

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盡管有證據(jù)顯示冥王星存在過地下海洋，但這些證據(jù)并不像卡西尼號飛船在土星的衛(wèi)星恩克拉多斯上看到的噴發(fā)出的煙羽或伽利略號飛船在木星的衛(wèi)星歐羅巴上探測到的磁感應(yīng)證據(jù)那樣，可以確定冥王星上確實存在過地下海洋。

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如果冥王星的熱啟動理論是正確的，我們可能在厄里斯、金衛(wèi)和其他柯伊伯帶天體上看到類似的伸展特征。

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模擬冥王星內(nèi)部

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在LPSC會議上發(fā)表的另一項研究報告了在冥王星面向冥王星一側(cè)看到的波紋。這些特征與被認為在另一個半球上形成斯普特尼克行星的巨大撞擊所產(chǎn)生的沖擊波是一致的。

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新視野號在2015年飛越冥王星時，只以低分辨率捕獲了面向冥王星半球的圖像。研究小組的模擬結(jié)果顯示，一個直徑400公里(250英里)的撞擊物曾以大約2公里/秒(5英里/小時)的速度撞擊冥王星，然后產(chǎn)生了一個150公里深的古老的地下海洋。

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該研究的第一作者阿德涅·丹頓(普渡大學(xué))解釋說，當一個巨大的物體撞擊到一個天體時，天體會釋放地震波，地震波會穿過天體的另一端。另外，天體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了地震波對對面地區(qū)的破壞程度。

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對冥王星特征的分析和研究中的撞擊模擬讓我們得以窺視冥王星內(nèi)部，并對其結(jié)構(gòu)和可能存在的地下海洋及其性質(zhì)加以論證。

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登頓說:“斯普特尼克行星的對跖點的變形與冥王星的海洋厚度和核心成分密切相關(guān)?！薄耙虼耍覀兛梢匝芯坎煌穸鹊暮Ｑ笕绾斡绊憣︴劈c的變形，以確定海洋的存在是否會形成這些特征，如果有必要，需要有多厚。”

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她和同事們寫道，這項初步工作很有助于深入解冥王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

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克土魯?shù)貐^(qū)附近(右下角的黑色斑塊)的近側(cè)波紋(圈)。APL / JHU / 新視野號

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前景展望

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我們還會向冥王星發(fā)射探測飛船嗎?2015年的時候，我們只看到了一個高分辨率的半球。發(fā)射返回式衛(wèi)星一定會很有趣，但這需要精心籌備來完成計劃:新視野號在經(jīng)過冥王星之前航行了近10年。研究人員仍在探索新視野號的飛行路線，尋找可能的第三次飛越目標。(該任務(wù)還進行了一個獨特的視差實驗，跟隨鏈接，看看你可以如何加入!)

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如果我們不能探索冥王星，另一個值得探索(并與冥王星相比)的有趣世界將是海王星的大衛(wèi)星特里同，科學(xué)家認為它是一個被捕獲的柯伊伯帶天體。還需要很多研究來支持項目發(fā)展，有人提議在本世紀30年代發(fā)射一個巨大的人造冰軌道飛行器完成一系列的任務(wù)。

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現(xiàn)在，我們可以研究新視野提供的冥王星的圖像，并探索在遙遠的世界里都有什么。

作者: DAVID DICKINSON?

FY: Pluto Jupiter

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