冥王星怪異無比

2016-05-10 00:08:01麥迪·斯通姜德杰

飛碟探索 2016年5期

麥迪·斯通+姜德杰

2015年7月14日，數百萬人屏住呼吸注視著他們制造的鋼琴大小的航天器飛往4 8億千米外的冰冷巖石（指冥王星）。通過“新地平線”號探測器，我們第一次看清了冥王星，所見令人吃驚。但之后8個月以來，幾篇有分量的科技論文的發表，清楚地顯示出我們對這個微小世界之復雜性只知皮毛。

我們眼中的冥王星上有高聳的冰山，有流動氮氣沖蝕出的峽谷，在廣闊的冰原上布滿冰丘，上空因光的散射造成了

許多復雜的光層（那時其上空變成了藍色），小衛星像瘋狂的陀螺一樣旋轉，有一個名為卡戎（冥衛一）的雙星幽靈。行星科學家做夢也沒有想到，在我們太陽系黑暗的外圍會發現遠比他們想象中更為復雜且有活力的系統。

近期發表在《科學》雜志上的五項最新研究講述了冥王星及其奇怪小衛星家族的故事。盡管論文中的事實、數據和圖像令人印象深刻，但我們對冥王星的整體了解還很有限。為了寫這篇文章，我與6名行星科學家進行了交談。在他們看

來，要想了解這個宇宙奇景是如何運轉的，還需要做更進一步的研究。

簡言之，我們所知如下：冥王星是一顆小星球，其直徑為月球直徑的70%；它和冥衛一一起被重力環抱，冥衛一的大小約為冥王星的1/2，質量約為冥王星的1/8。冥王星有一個巨大的巖石核，其元素構成與地球相似。巖石核被冰幔包裹，冰幔上又覆蓋了一層更具揮發性的冰層，其中含有氮、甲烷和一氧化碳。星球上的溫度在極冷與極熱間轉換，這三種揮發性冰層不斷純化、沉淀并在冥王星表面流動，結果形成了令人驚訝的各種地貌，譬如有圖案的平原、歷史久遠的崎嶇環形山、高聳的山脈，甚至還有冰火山。

“新地平線”號地質地球物理成像團隊的負責人，也是描述冥王星地質情況的論文的第一作者杰夫·摩爾說：“最令人吃驚的是冥王星地質情況的多樣性。我認為，冥王星在每一個可能的方面都超出了我們的預期。”

斯普特尼克冰原是冥王星上最有趣、最神秘的地質特征之一，它位于被稱作“冥王之心”的“湯博區”西側，是一個1000千米寬、無坑無山的冰盆地。以塊狀多邊形結構為特征的斯普特尼克冰原似乎在積極地進化，就像羅威爾天文臺的威爾·格倫迪所言，“它就像一只煮燕麥的壺一樣在緩慢移動著”。這種冰對流的機制還不為人所知，專家認為，或許是由于冥王星內部的熱以及上層氮冰和下層水冰之間的密度差共同作用的結果。

格倫迪說：“它比任何人幾年前能夠想象到的要混亂復雜得多。在地球上，我們有水，水可以蒸發、結晶。我們不知道當有多個揮發物同時存在時會發生什么，冥王星向我們展示了這些。”

冥王星的大氣層同樣混亂復雜，它是一個高約1500千米的氮氣和甲烷氣泡。由于甲烷受紫外光照射而引起的某種復

雜的光化學反應，冥王星的大氣層也擁有一些重有機物，包括乙炔、乙烯和乙烷。這些分子最終形成微紅色煙狀顆粒，被稱作索林。當索林受到暗淡陽光照射時會產生陰霾，很多很多的陰霾。

西南研究院的一位行星科學家、一篇描述冥王星大氣層的新論文的首席作者蘭迪· 格萊斯頓說，“陰霾驚人，起初我們不知道是什么造成了這些陰霾。”

實際上，在冥王星表面最近的兩三百千米的木氣層內有幾十個不同的陰霾層，絕對令人嘆為觀止。但是，它們到底是怎樣形成的呢？格萊斯頓和他的共同撰稿人在他們的論文中提出，陰霾是由重力波而非引力波造成的，冥王星大氣層中的浮力波使索林顆粒懸浮在不同的水平層上。驗證該假設還需做更多的研究。

“新地平線”號的近飛探測得到的另一大驚喜是：冥王星的上層大氣比我們預想的要冷得多，也密得多。實際上，在很高的海拔處，大氣變得非常冷，以至于氮氣都沉淀了，只在太空的邊緣留下了一層薄薄的甲烷。

“當我們看到上層大氣中氮氣如此少時感到很驚訝。”格萊斯頓說，“這很可能說明大氣散逸到宇宙中了，只剩下了我們認為的數量的1/50。”

冥王星的大氣層不像我們起初認為的那樣易漏。這一發現也證實了空間環境的觀測，在那里，從冥王星上脫逃的成

分與來自太陽的帶電粒子流相互作用。大氣和太空物理實驗室的弗蘭·巴格納爾說：“我們原來認為，會有物質流出大氣層，那將意味著會產生一個巨大的大氣與太陽風相互作用的區域。然而，事實是，太陽交互作用的區域相當小。”

冥王星的太空環境也非常干凈。“我們想，有4顆小衛星再加上冥衛一，必定有許多雜物，”巴格納爾說，“但是‘新地平線號的測塵計在快速穿過該區域時幾乎沒有發現飛散的粒子。我想這個事實告訴我們的是，小衛星形成時制造的塵埃隨即便消散了。”

這個事實還告訴我們，創造了冥王星、冥衛一和4顆小衛星的那個劃時代的事件發生在很久很久以前。

冥衛二、冥衛五、冥衛四、冥衛三是繞冥王星/ 冥衛一雙星系統旋轉的4顆小而閃亮的行星。《新生星球研究》的共同作者比爾·麥金農說：“這些行星上有相當數量的環形山，這可將它們的形成期推到至少40億年前。”盡管這些行星的構成成分還沒有確定，但是它們的亮度足以使我們確信它們是由冰組成的。或許，它們是大沖擊期間冥王星外殼的脫落塊。

沒有更好的方法來描述它：冥王星的小行星們完全混亂不堪。它們以超常的速度和瘋狂的角度旋轉，恰似被綁在旋轉椅上的pop-o-matic游戲盤中的骰子。

麥金農說：“誰知道這是怎么回事呢。雖然我們從未見過類似的事情，但或許在我們太陽系中繞大一點的星球旋轉

的某些捕獲衛星都是這樣混亂的。對那些喜歡動力學的人們來說，這僅僅是自然多樣性的又一個例子。”

在此，我簡單地總結了近期發表的五篇論文的研究結果，它們代表了數月來對穿越深空網絡從“新地平線”號傳回的數據的令人印象深刻的總結。令人難以想象的是，“新地平線”號在近飛探測中得到的一半以上的數據仍然在正駛入

柯伊伯帶深處的探測器上，要全部收回數據至少還需要8個月。未來的數據不會改變目前的結論，但會使細節更清晰。

“新地平線”科研團隊下一步的任務是探究已知事實的緣由。就像我在開頭說的那樣，盡管我們有了所有這些對冥王星的觀測結果，但是我們對其了解甚少。準確地說，冥王星的山脈、荒地和峽谷是怎么形成的？它們的進化有多快？冥王星表面形狀的改變經歷了哪些進程？僅僅是因為陽光蒸發了冰，還是因為其內部的熱起了作用？為什么冥王星能如此好地保留其大氣層？其大氣層又是如何與其地面相互作用的？冥王星和冥衛一以前是什么樣子的？它倆是如何改變的？

我們剛剛開始回答這些問題，不過還好。事實上，應該說比較好。這意味著最好的發現還在前頭。