冥王星可能有隱藏的海洋嗎?

■肖東

美國(guó)航空航天局的“新地平線”號(hào)宇宙飛船目前已經(jīng)是所有太空任務(wù)中離冥王星最近的，天文學(xué)家希望能借由這番近距離探測(cè)，確認(rèn)冥王星冰凍表層的下方式否有隱藏的液態(tài)海洋。

冥王星表面是由氮冰所組成的薄殼層，在其下方則是水冰殼層。美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校的行星科學(xué)家格利尼和尼莫爾等人計(jì)劃探究冥王星冰層下方是否有海洋存在,如果有海洋存在的話，那么在冥王星表面可能會(huì)出現(xiàn)什么樣的特征？格利尼等人利用計(jì)算機(jī)仿真冥王星的熱能演化模式，看看冥王星表面冰殼會(huì)如何隨其下方的海洋而改變。諷刺的是，最容易看出特征的狀況居然是如果下方?jīng)]有海洋存在之時(shí)。

搜尋表面特征

當(dāng)球形天體自轉(zhuǎn)時(shí)，它們的角動(dòng)量會(huì)使物質(zhì)向赤道集中，形成凸起。如果冥王星擁有地下海洋。海洋上方的冰層將會(huì)流動(dòng)，進(jìn)而減低這樣的角動(dòng)量拉扯所形成的凸起。因此，冥王星維持在自轉(zhuǎn)速度比較快時(shí)所造成的原始比較凸起的外觀，便顯示它缺乏海洋。尼莫爾表示：根據(jù)他們計(jì)算，如果真的維持這種原始凸起外觀的話，那么它將比冥王星的平均海平面還高10千米左右，以現(xiàn)在的科技而言，可以直接偵測(cè)到，當(dāng)然也可以從“新地平線”號(hào)拍攝的冥王星影像直接測(cè)量出來。

“新地平線”號(hào)除了測(cè)定冥王星的外觀輪廓、表面特征和組成成分之外，它還將研究冥王星表面溫度、大氣組成、在冥王星附近的太陽(yáng)風(fēng)狀況等。由于冥王星距離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn)，且環(huán)繞太陽(yáng)一周長(zhǎng)達(dá)248年，絕大部分時(shí)間都維持在低溫狀態(tài)。當(dāng)溫度稍有改變，就會(huì)改變冥王星體積，進(jìn)而使得表面所受張力或壓力改變。地下有海洋，通常會(huì)造成張力增加而使冰被拉扯。若地下是固態(tài)的，則通常是受到壓力而被擠縮，這種改變通常是全球性而非局部區(qū)域。

不過，這只是“理想”推斷，因?yàn)橐M(jìn)入環(huán)繞冥王星的軌道相當(dāng)復(fù)雜，因此“新地平線”號(hào)只能從旁飛掠冥王星，所以它無(wú)法繪制冥王星整個(gè)表面的地圖。只能借由最接近冥王星的前后約3個(gè)月左右，盡可能拍攝冥王星的影像，以供科學(xué)家分析。當(dāng)“新地平線”號(hào)最接近冥王星時(shí)，距離僅有12500千米，只要是規(guī)模大于80米的山脈或山谷都可被解析出來。這數(shù)字看起來仍很粗造，但已經(jīng)比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所能得的冥王星表面最佳分辨率還高10倍以上了。如果“新地平線”號(hào)可以拍到如同土衛(wèi)二的冰泉這樣的特征，那就可以更容易地確認(rèn)冥王星有沒有海洋了。

冰質(zhì)行星上的水

冥王星到太陽(yáng)的距離，比地球還遠(yuǎn)40倍左右，似乎不太可能擁有海洋，即使在冥王星地底亦然。但如果冥王星有來自內(nèi)部的熱能，便可能加熱水冰使其融化成海。

來自冥王星內(nèi)部的熱能來源，最可能的就是放射性同位素的衰變。而在所有放射性同位素中，這些研究人員發(fā)現(xiàn)鉀同位素是最重要的。若冥王星核心擁有足夠的鉀同位素，就足以融化其上方的冰層。根據(jù)格利尼等人的計(jì)算，只需在早期太陽(yáng)系形成的隕石中所含有的鉀同位素豐度的1/10，就可以達(dá)到融化冰層的目的，因此格利尼等人認(rèn)為很有希望是因?yàn)檫@種狀況而使得冥王星擁有地下海洋。

形成海洋與否，其中最關(guān)鍵的因素就是冰的粘滯性。粘滯性較低、如融雪般泥濘的冰層較容易吸收來自下方水體的熱能，導(dǎo)致海洋凍結(jié)。粘滯性較高、比較堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的冰殼，則不易吸收下方水體熱能，得以使海洋保持原貌。根據(jù)格利尼等人的模擬，遍及全冥王星的海洋，平均深度將可達(dá)165千米，包覆在海洋以外的冰殼，厚度也差不多是165千米左右。

適居區(qū)增加

在我們太陽(yáng)系中，適居區(qū)約包含金星、地球到火星軌道的范圍，但天文學(xué)家已經(jīng)證明液態(tài)水也可以存在于適居區(qū)外。

根據(jù)尼莫爾的說法，即使冥王星有海洋也不太可能存在生命，因?yàn)樯璧挠袡C(jī)營(yíng)養(yǎng)素在許多年前就已被過濾掉了。不過，如果像冥王星這樣的矮行星可以擁有地下海洋，那么在冥王星軌道附近的柯伊伯帶中，很可能有其他類似天體不僅有地下海洋而且還有有機(jī)營(yíng)養(yǎng)素，是個(gè)適合生物生存的地方。如此一來，太陽(yáng)系中的“適居區(qū)”數(shù)量將遠(yuǎn)超過科學(xué)家原本的猜想，也將改變目前天文生物學(xué)尋找外星生命的目標(biāo)。