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天文学家探索冥王星的冰冷之心的奥秘

2018-05-15
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这张由美国宇航局新地平线航天器拍摄的高分辨率图像显示了冥王星“心脏”的西部明亮区域,或者是富含氮,一氧化碳和甲烷冰的Sputnik Planitia。

em新的研究着眼于解决冥王星的冰冷心形特征的许多谜题。 / em

冥王星的冰冻心形成于一个古老的冲击盆地中,并且曾经靠近北极吗?冰冷的心脏隐藏着海底的海洋吗?

科学家们正在提供几种新的场景来解释冥王星的冰冻心形特征的形成,该特征在2015年被美国宇航局新视野航天器首次发现。研究人员专注于心脏的西部脑叶,非正式地命名为Sputnik Planitia,一个深盆地,含有三种冰 - 冻结的氮气,甲烷和一氧化碳 - 并且出现在冥王星的大型锁定月亮Charon的对面。尽管许多科学家怀疑冥王星的西半部分形成在很久以前由于大型柯伊伯带物体撞击冥王星而形成的盆地内,但至少有一种新的情景不需要影响。

马里兰大学天文学教授Douglas Hamilton和New Horizo​​ns的同事在本周发表的Nature杂志上发表的研究表明,当冥王星仍在快速旋转时,这种氮气冰帽可能已经形成,并且不一定需要冲击盆。 “一旦形成了冰帽,当冥王星的旋转速度减慢到与月球的轨道运动相匹配时,它就会提供一种轻微的不对称,或者朝向或远离卡伦。”汉密尔顿说。

Hamilton和合着者使用计算机模型发现,Sputnik Planitia的初始位置可以用冥王星的复杂气候来解释,复杂的气候本身被冥王星的旋转轴的120度倾斜所迫使。 (相比之下,地球的倾斜度为23.5度。)冥王星的温度建模表明,在冥王星248年的轨道上进行平均时,南北方向30度附近的纬度是最冷的地方,比任何一极都冷得多。围绕这些纬度自然会形成冰,包括位于北纬25度的Sputnik Planitia中心。

汉密尔顿的模型也表明,小型冰堆通过反射太阳光和热量自然会吸引更多的冰。结果,那里的气温仍然很低,吸引了更多的冰,并且循环重复。被称为失控的反照率效应,这种现象最终会导致一个统一的冰帽,就像在冥王星的心脏上观察到的一样。在汉密尔顿的情况下,冰盖可能已经足够沉入冥王星地壳几英里或几公里,这可以解释为什么Sputnik Planitia低于周围地形。

其他模型 - 也在12月1日的“自然”杂志上发表 - 支持影响盆地的情景,并暗示冥王星存在地下海洋。其中一篇由加州大学圣克鲁斯分校的主要作者Francis Nimmo和New Horizo​​ns的同事们撰写的文章,模拟了Sputnik Planitia如果盆地是通过撞击产生的,比如创造Charon的盆地,它可以如何形成。在这种情况下,冥王星放慢旋转后,盆地形成并迁移到目前的位置。 Nimmo说:“迁移是由于Sputnik Planitia下的额外质量造成的。 “撞击会在地表上挖出冰块,让下面的水接近地表。因为水比冰更密集,它提供了额外的质量来源,以帮助驱动人造卫星的迁移。“

由于冥王星岩石内部的放射性衰变产生的热量,表面下的海洋可以存活数十亿年,他补充说,海洋缓慢的再冻结也可以解释在冥王星表面出现的裂缝网络。

“人造卫星Planitia是冥王星的皇冠上的宝石之一,了解它的起源是一个难题,”新西兰科学院博尔德西南研究所的新视野首席研究员艾伦斯特恩说。 “这些新文件让我们更加接近解开这个谜团。无论是什么造成人造卫星的形成,它都不存在于太阳系其他任何地方。理解它的工作将会继续下去,但不管它的起源是什么,有一点是肯定的 - 对冥王星的探索为21世纪的行星科学创造了新的谜题。“

出版物:Douglas P. Hamilton等人,“在冥王星的历史中早期迅速形成人造卫星Planitia”Nature 540,97-99(2016年12月1日)doi:10.1038 / nature20586

资料来源:NASA