表面温度只有-229℃的冥王星,为何拥有液态海洋?

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1930年2月18日,美国天文学家克莱德·威廉·汤博发现了冥王星。由于它距离太阳很渺远,能汲取到的太阳辐射极少,因此表面很严寒,因此人们把它与阴森的冥界联系起来,将它命名为冥王星。

究竟证实,冥王星确凿是一个严寒透骨的世界。它位于渺远的柯伊伯带,距离太阳最远时有73亿公里,近的时候也有44亿公里,又没有完整的大气层护卫,因此表面温度极低。凭据科学家的探测,其表面平均温度惟有-229摄氏度。

对于这颗渺远的矮行星,我们的打听永远很有限。直到2015年,NASA的新地平线号探测器初次近距离惠临冥王星,让人类过去所未有的方法获得了大量关于冥王星的消息。借此机会,我们对冥王星和柯伊伯带有了一个全新的认识,乃至有了难以相信的发现:在冥王星冰封的表面之下,果然还隐藏着一片液态水的地下海洋!

表面温度只有-229℃的冥王星,为何拥有液态海洋?-第1张图片-IT新视野

很难想象,冥王星的表里果然是差异云云明显的世界。毕竟外太阳系云云严寒,若没有确凿的证据,人们很难相信冥王星果然有地下海洋。辣么疑问也随之而来:它的里面是怎样拥有云云高的温度呢?

普通来说,行星里面的温度可能有多种来源。好比地球的焦点,温度接近6000摄氏度,比太阳表面还高,这与里面的喷射性物质在衰变过程中放出的热量有着密切的关系。因此有人猜测:冥王星里面的液态水可能也来自于同样的机制。在45亿年前形成的时候,冥王星也是由宇宙中严寒的物质凝集而成,不过由于惟有八大行星留下的边角料,因此凝集过程很慢,其中的喷射性物质落在焦点区域,如今开释出了热量,而落在中间区域的冰则因此而被融化。

不过,固然这个说法可以注释冥王星里面的液态水的来源,但是新地平线号探测器观测到冥王星表面的其余特性却与之相反,因此有些科学家并不认同这个说法。

加州大学圣地亚哥分校的地球和行星科学家Carver Bierson指出:“若冥王星在一开始是极冷的,后来冰在里面融化,冥王星应该会收缩(冰密度比水小,占体积更大),辣么我们应该能在它的表面看到压缩的特性;而若它一开始是火热的,那就会跟着海洋的凝结而发生舒展,我们应该可以在它的表面看到延伸的地貌。”

表面温度只有-229℃的冥王星,为何拥有液态海洋?-第2张图片-IT新视野

跟着新地平线号对冥王星地表的近距离拍摄,这些地形地貌图片也清晰地展现在了科学家们的当前,对于考证冥王星液态海洋形成机制的猜想有偏重要的意义。Bierson继续说:“我们看到了许多舒展的证据,但却没有发现任何挤压的痕迹。因此说,观测结果更符合冥王星开始时就拥有液态海洋的猜想。”

他和他的同事们对于这个结果也很震悚,而且以要紧作者的身份整理为论文发表在了《天然地球科学》上。

接下来的疑问是,宇宙云云“严寒”,由极冷物质组成的冥王星是怎样一开始就拥有云云高的温度呢?相对可能的一个说法,那即是冥王星的形成过程过于暴力,所有的物质并非温柔地凝集在一起,而因此狂轰滥炸的形式聚集在冥王星上。在这样的轰炸过程中,冥王星的温度迅速蹿升,导致液态海洋的出现。

在提出这个看法后,研究人员继续对轰炸的时上进行了讨论。加州大学圣克鲁斯分校的地球和行星科学家Francis Nimmo说:“冥王星在最初究竟是怎样被组合起来的,这对于它的温度演变很重要。若它的组装过程过慢,表面的热物质就会将能量辐射到太空中去;若组装过程太快,热量就会被锁在里面。”

凭据以往的表面,柯伊伯带天体的形成过程很漫长。直径2376公里的冥王星若用这个模型来注释,其形成过程可能长达几亿年。若情况真的是这样的,辣么它里面的热量恐怕早就消散殆尽了,不可能还支持地下的液态海洋。

最新的研究表明,冥王星的形成过程可能分为两个阶段,这样的模式可以注释冥王星的少许疑问。该模型认为,冥王星在从无到有,成长到300公里直径的过程中,历史了一段很漫长的光阴。但是,随后的发展过程很快,直径迅速超过了2000公里。

表面温度只有-229℃的冥王星,为何拥有液态海洋?-第3张图片-IT新视野

凭据Bierson等人的猜测,第二阶段可能仅仅连接了3万年的时间。这个时间短得惊人,在宇宙的时间尺度下险些即是一瞬间,和冥王星数亿年的形成时间相比也不值一提。但他们相信,这样的时长才恰好保证冥王星能够在地表以下拥有一个液态海洋。同时,他们认为这一套机制也适用于其余少许柯伊伯带天体,这意味着某些较大的柯伊伯带天体也有着热启动的形成机制,以及地下液态海洋,而且在几十亿年的时间里都没有被凝结。

固然,这个猜测目前也真的仅仅是猜测,我们需求更多的证据来证实。对此,研究团队也提出了证实的技巧。

他们在论文中指出:“冷启动和热启动模型之间有一个庞大的差别,那即是前者很可能会在近表面区域残留下未分化的富岩结构……像是在谷神星上发现的那种确凿的富岩证据,可以推翻冥王星热启动的表面。同样的,宽泛存在的地形压缩痕迹,好比褶皱山脊,也会与热启动的冥王星相违抗。”

因此,想要找到冥王星液态海洋出现的原因,我们必须对冥王星地表进行更深入的研究。不过,从目前来看,我们再次拜望冥王星的日子恐怕是猴年马月……

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