最偏远的角落,最大的谜团

2022-04-04 10:40来源:新浪科技综合 原文链接:点击获取

来源:原理

冥王普路托(Pluto)是希腊和罗马神话中掌管地府的神,在神话故事中,地下世界暗无天日,神秘莫测。这也恰到好处地描绘了我们太阳系最偏远角落中那颗不起眼的微小星球。1930年在天文学家发现它的存在后,它被正式命名为冥王星

冥王星身上有许多有趣的故事。它曾被认为是太阳系的第九大行星,却在21世纪初被不幸降级,成了太阳系中已知的最大矮行星。

在将近一个世纪的时间里,我们几乎可以说对冥王星“一无所知”,有关冥王星的照片差不多就是一张张马赛克。

直到2015年7月14日,NASA新视野号飞掠冥王星。这是人类发现这颗星球后第一次,也是迄今为止唯一一次近距离观察它的机会。在这次短暂的擦肩而过中,新视野号对冥王星和它的卫星进行了详细的测量和观测。

1930年到2015年不同时期冥王星的照片合集。| 图片来源:NASA

1930年到2015年不同时期冥王星的照片合集。| 图片来源:NASA

我们曾以为那是一个毫无特色的冰冷世界,但新视野号却告诉我们,这颗星球表面存在各种地质特征,这些结果同时带来了数不清的谜团。时至今日,仍有不少科学家在分析相关的图像和数据,它们一次次颠覆我们先前的设想。

冥王星表面的冰火山区域及过去冰火山活动的艺术家畅想(蓝色)。| 图片来源:Nasa/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Isaac Herrera/Kelsi Singer

近日,一项新研究发现,来自冥王星冰火山的冰熔岩流于“近期”覆盖了冥王星表面的大片区域。在这个语境下,“近期”指的是很可能不超过10亿年前。从人类寿命的角度来说,这当然非常古老,但换个角度看,它仅仅是太阳系年龄的四分之一,更重要的是,没有人能确定冥王星是如何酝酿出为这些喷发提供动力所需的热量的

冰火山莱特山  

在这项新研究中,团队在冥王星表面特别注意到一个名为莱特山(Wright Mons)的地质特征。这里比周围环境高出4-5千米,它的底部宽约150千米,还有一个40-50千米宽的中央凹陷,也就是一个洞,这处凹陷的底部至少与周围地形一样低。

研究人员认为,莱特山是一座火山,由于没有发现撞击坑它应该相对年轻,年龄很可能不可能超过10-20亿年

莱特山的高度剖面(蓝色)、夏威夷莫纳罗亚高出海平面的部分(蓝色)以及火星上最大的一些火山(红色)。| 图片来源:Singer et al。 (2022)

就火山而言,莱特山是个庞然大物。它的体积超过2万立方千米。虽然它比火星那些最大的火山要小得多,但与夏威夷的莫纳罗亚(Mauna Loa)的总体积相似。不过别忘了,冥王星本身的体积很小,它的直径只有约火星的三分之一,地球的六分之一,相比之下,这座火山的大小就显得格外惊人了

当然,这座火山和地球上的火山还有本质上的区别,“火”山这个名字可能有些误导性。从细节上看,莱特山的山坡及其周围的大部分地区都被充斥着了高达1千米的小丘,大部分都有6-12千米宽。

莱特山近照。| 图片来源:NASA/JHUAPL/SwRI

莱特山近照。| 图片来源:NASA/JHUAPL/SwRI

团队发现,这些小丘主要由水冰构成,而不是覆盖在冥王星上其他一些年轻地区的氮冰或甲烷冰。这些小丘很可能是由某种冰火山活动造成的,也就是说,这类火山喷发出的并不是熔岩,而是水冰

是什么融化了冰?  

在冥王星远低于-200°C的表面温度下,水结成的冰可以变得非常坚固,从而形成陡峭的山峰,并一直保持下去,而不会像地球上的冰川那样脆弱。

冥王星的体密度表明,它的内部一定存在岩石,但它的外部区域是冰的混合物,包括水、甲烷、氮,可能还有氨和一氧化碳,就像地球的地壳是几种硅酸盐矿物的混合物一样。

当有两种冰的混合时,融化开始的温度可以比单一纯冰的融化温度更低,类似的原则也适用于由不同矿物组成的硅酸盐岩石。这使得融化更容易发生。

如果莱特山所形成的小丘确实代表了水冰的喷发,那么这些“冰浆”显然不是像液态水一样自由流动,而是某种粘稠的富含晶体的浆液,也许是在一个完全冻结但依然柔韧的外皮之下,将每一次液体的喷发都限制在一个小丘里。

尽管如此,在冥王星上发现相对年轻的水冰火山喷发的证据,对科学家来说仍然是一个巨大的惊喜,因为目前还没有找到确切已知的热源能为这种活动提供动力

冥王星内部被潮汐力加热的范围非常有限。潮汐力是在轨物体之间的引力效应,比如一颗卫星和一颗行星之间产生的力,它为木星和土星的一些卫星内部提供了热量。

而像地球这样的星球,内部热量的来源还有可能是岩石放射性产生的热。但冥王星内部的岩石量有限,也不足以让它从放射性中获得很多热量。

团队推测,冥王星在某种程度上保留了它在诞生时的热量,一直到很久之后,这些热量才被释放。目前有不少证据都支持这种想法。也正因如此,许多科学家同样认为冥王星的深层内部应该存在一个液态水的海洋

争论尚存  

此外,研究团队还提到了莱特山中央凹陷的深度和体积,并以此否定了先前关于这是一个火山口(破火山口)或它是由爆炸性喷发而形成的说法。相反,他们认为这是一个裂口,它因为某些原因而没有被喷发形成的小丘覆盖

莱特山和更大的皮卡尔山的高度图,两座山分别都有一个巨大的中央凹陷。| 图片来源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

但这种说法并没有得到所有科学家的认可。莱特山并不是冥王星上唯一一座带有中央凹陷的冰火山。比如,在莱特山南侧,还有一座疑似冰火山皮卡尔山(Piccard Mons),它也有一个巨大的中央凹陷。这显然有些太巧合了。一些科学家认为,这些中央凹陷在某种程度上与这些火山的生长或喷活动应该是密不可分的。

许多问题的根源在于,我们对这颗星球的认识显然太有限了,它给我们留下了大量谜团,而想要回答它们可能还需要很长时间。

#创作团队:

撰文:Takeko

排版:雯雯

#参考来源:

Horizon Pluto: Back From the Dead, BBC (2020)

https://theconversation.com/pluto-recent-volcanism-raises-puzzle-how-can-such-a-cold-body-power-eruptions-179985

https://www.theguardian.com/science/2022/mar/29/plutos-peaks-are-ice-volcanoes-scientists-conclude

#图片来源:

封面图:Nature Communications

首图:NASA/JHUAPL/SWRI

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