從冥五星到“萌”王星

鄭永春

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)射的“新視野號(hào)”探測(cè)器有一個(gè)重要的使命，那就是探測(cè)冥王星及其衛(wèi)星，此后繼續(xù)飛往深空，探測(cè)柯伊伯帶的其他天體。2015年7月14日19：49（北京時(shí)間），經(jīng)過(guò)9年半、50億千米的飛行，“新視野號(hào)”終于抵達(dá)最接近冥王星的位置，為它拍攝了一張迄今為止最為清晰的照片。雖然已經(jīng)不再是行星，但冥王星表面可愛(ài)的心形圖案十分矚目，照片一經(jīng)發(fā)布就引發(fā)了公眾在社交平臺(tái)上的爭(zhēng)相轉(zhuǎn)發(fā)。人們腦洞大開(kāi)，在冥王星照片上再創(chuàng)作。過(guò)去了無(wú)生趣的冥王星一躍成為“萌王星”。

“新視野號(hào)”的新發(fā)現(xiàn)

天文學(xué)上用星等表示星星的亮度，星等數(shù)值越小說(shuō)明星越亮，星等數(shù)相差1，星的亮度相差約2.512倍。天空中肉眼所能看到的最暗的星為6等星，而冥王星的亮度為13.64～16.3星等，肉眼完全不可見(jiàn)，只能依靠望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)到。

長(zhǎng)久以來(lái)，冥王星都是太陽(yáng)系最神秘的行星。因?yàn)樗x我們極為遙遠(yuǎn)，沒(méi)有任何探測(cè)器近距離探測(cè)過(guò)它;在“新視野號(hào)”之前，人類(lèi)得到的最清晰的冥王星圖像是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡提供的。但即使是這張最清晰的圖像，也難以看清冥王星的細(xì)節(jié)部分。人們對(duì)冥王星的地形、化學(xué)成分等幾乎一無(wú)所知，直到“新視野號(hào)”探測(cè)器靠近并飛越冥王星。

“新視野號(hào)”拍攝了大量珍貴的高清晰度圖片，然而由于相距遙遠(yuǎn)，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸速度很慢，每秒鐘只有1.68 kb，所有數(shù)據(jù)傳回地球需要?dú)v時(shí)近一年半。盡管漫長(zhǎng)的等待很是煎熬，但科學(xué)家十分期待這些數(shù)據(jù)，有了它們，人類(lèi)將重新認(rèn)識(shí)冥王星。

“新視野號(hào)”探測(cè)器飛越冥王星時(shí)，最近距離只有1.25萬(wàn)千米，是地球與月球之間距離的1/30，相當(dāng)于從上海用望遠(yuǎn)鏡看美國(guó)的舊金山。雖然有些人還不滿意，但這么近的距離已經(jīng)是空前的了，“新視野號(hào)”由此獲得了冥王星的大量細(xì)節(jié)，讓它從此前望遠(yuǎn)鏡中觀測(cè)到的暗弱的小亮點(diǎn)，變成了生動(dòng)活潑的“萌王星”，一下子拉近了它與每個(gè)普通人之間的心理距離。似乎是冥冥之中注定的，原本冷冰冰的冥王星居然如此有“愛(ài)心”。

這顆矮行星有點(diǎn)像慧星

冥王星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道，是一個(gè)很扁的橢圓，離太陽(yáng)最近的距離為30個(gè)天文單位（約45億千米。1個(gè)天文單值等于日地平均距離，約l.5億千米），最遠(yuǎn)的距離為49個(gè)天文單位（約74億千米）。由于冥王星有時(shí)候離太陽(yáng)近，溫度相對(duì)高，是夏季;有時(shí)候離太陽(yáng)遠(yuǎn)，溫度相對(duì)低，是冬季。在溫度相對(duì)較低的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性的霜凍現(xiàn)象。

“新視野號(hào)”探測(cè)發(fā)現(xiàn)，冥王星表面主要由氮冰、甲烷冰和水冰組成，這些冰物質(zhì)的顏色較淺、反射率較高，因此冥王星整體上看起來(lái)還算比較亮。當(dāng)冥王星運(yùn)行到近日點(diǎn)附近時(shí)，表面的氮冰和甲烷冰就會(huì)蒸發(fā)，形成非常稀薄的大氣層，表面大氣壓約為地球大氣壓的百萬(wàn)分之一到十萬(wàn)分之一。隨著冥王星逐漸遠(yuǎn)離太陽(yáng)，抵達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，冥王星的大氣成分會(huì)凝固并沉降。冥王星大氣的蒸發(fā)和逃逸過(guò)程，看起來(lái)很像彗星被太陽(yáng)輻射蒸發(fā)的過(guò)程。因此，冥王星的質(zhì)量也會(huì)像彗星那樣逐漸減少，但由于冥王星所在的地區(qū)異常寒冷，冥王星質(zhì)量減少的程度不會(huì)像彗星那么明顯。

冥王星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道周期為90465個(gè)地球日，這也就是冥王星上的1年，相當(dāng)于地球上的247.68年。從1930年發(fā)現(xiàn)冥王星至今，它只在自己的軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行了約三分之一圈，相當(dāng)于只過(guò)了冥王星上的3個(gè)月。冥王星自轉(zhuǎn)1圈，也就是冥王星上的1天，相當(dāng)于地球上的6.39天。根據(jù)“新視野號(hào)”得到的數(shù)據(jù)，科學(xué)家重新研究了冥王星的大氣，確定了大氣層的厚度、成分與溫度，發(fā)現(xiàn)它的大氣逃逸速度比此前理論預(yù)計(jì)的要慢得多，所以我們大可不必?fù)?dān)心它會(huì)變得越來(lái)越瘦了。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，冥王星有一條“尾巴”，里面都是些灰塵一樣的小顆粒，但實(shí)際上它們比灰塵還要小得多。這條尾巴長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)千米，是太陽(yáng)輻射吹跑的冥王星大氣分子組成的。天文學(xué)家此前在金星和火星附近也發(fā)現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的“尾巴”。

冥王之心

冥王星整體上呈橙紅色，但遠(yuǎn)沒(méi)有火星紅。盡管幾乎完全被各種冰雪覆蓋著，但冥王星表面卻色彩豐富、變化多端，不同地區(qū)有著非常不同的亮度和顏色，如炭黑色、暗橙色與白色。

“新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn)的心形區(qū)域，被稱(chēng)為冥王星的“心臟”。它的發(fā)現(xiàn)出乎大多數(shù)人的預(yù)料。為了紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)者——天文學(xué)家湯博，這個(gè)區(qū)域被命名為“湯博區(qū)”。雖然看起來(lái)很像一顆完整的愛(ài)心，但好奇心極強(qiáng)的科學(xué)家卻友現(xiàn)，冥王星的這顆“心”實(shí)際上已經(jīng)“碎”成了兩瓣。其中，左邊是一片巨大的平原，由大量冰凍的固體構(gòu)成，包括氮?dú)鈨龀傻谋€摻雜著一些固態(tài)的一氧化碳與甲烷。這片平原以人類(lèi)歷史上第1顆人造地球衛(wèi)星的名稱(chēng)命名，被稱(chēng)為“斯普特尼克平原”。再仔細(xì)看還會(huì)發(fā)現(xiàn)，這片平原是由一些碎片拼接而成的，每個(gè)碎片大約20千米寬，整個(gè)平原如同一塊巨大的、瓷磚鋪成的地面。

斯普特尼克平原是怎么形成的呢？科學(xué)家推測(cè)，過(guò)去曾經(jīng)有一個(gè)大小為幾十千米的小天體撞擊冥王星表面，留下一個(gè)巨大的盆地。冥王星上凝固的氮冰和其他一些冰凍的固態(tài)物質(zhì)，慢慢填充進(jìn)去，最終形成這樣一個(gè)平原。研究還發(fā)現(xiàn)，平原上有一些冰山似乎是可以移動(dòng)的，它們緩慢地穿越了這片平原。

年輕的冥五星表面

冥王星98%的表面覆蓋著氮?dú)饽Y(jié)成的冰，但也有少量由水結(jié)成的冰。“新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn)，冥王星表面的撞擊坑比較少，說(shuō)明其內(nèi)部的地質(zhì)活動(dòng)較強(qiáng)，表面年齡比之前預(yù)計(jì)的還要年輕。

冥王星上還有一條長(zhǎng)達(dá)3000千米，寬約1000千米，橫貫東西的鯨魚(yú)狀斷裂帶。這片呈暗黑色區(qū)域被稱(chēng)為“克蘇魯區(qū)”，位干湯博區(qū)左側(cè)，看起來(lái)就像一條巨大的鯨魚(yú)，正在親吻著冥王星的心臟。鯨魚(yú)狀斷裂帶的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明冥王星仍然有地質(zhì)活動(dòng)。

科學(xué)家對(duì)月球和火星等巖石星球上的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)了解較多，但對(duì)冥王星這樣的冰凍矮行星的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)知之甚少。它的運(yùn)動(dòng)方式與地球上的有什么不同？支撐地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)自哪里？冥王星上各種冰物質(zhì)含量較高，內(nèi)部放射性元素含量較低，因此，支撐冥王星地質(zhì)活動(dòng)的內(nèi)部能量來(lái)源，可能完全不同于火星、水星等類(lèi)地行星和月球那種通過(guò)放射性元素衰變產(chǎn)生能量的過(guò)程。但事實(shí)又是怎樣的呢？這些問(wèn)題吸引著我們進(jìn)一步探索。

地球、火星等巖石星球上都有高山，“新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn)，冥王星上也有高大的冰山，高達(dá)3500米。科學(xué)家推測(cè)，這么高的冰山不太可能是甲烷冰或氮冰組成的。因?yàn)榧淄楸虻拖窈心逃偷谋苛埽瑥?qiáng)度不夠，堆不起來(lái)，這座冰山很可能是由水冰筑成的。也有科學(xué)家認(rèn)為，這座冰山可能是一座冰火山，最高處就是火山口。不過(guò)，地球上的火山噴出的是滾熱的巖漿，而冥王星上的火山噴出的卻是寒冷的冰。初步估算，這座冰山的形成年齡不超過(guò)1億年，雖然也很老了，但跟有45.6億歲高齡的太陽(yáng)系相比，只能算是個(gè)“年輕人”。能“造”出這樣高的山脈，說(shuō)明冥王墾內(nèi)部還有巨大的能量，才能支撐這么活躍的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

除了觀測(cè)冥王星， “新視野號(hào)”還近距離觀測(cè)了它最大的衛(wèi)星卡戎，發(fā)現(xiàn)了卡戎上的4處山體滑坡。這是首次在柯伊伯帶天體中發(fā)現(xiàn)山體滑坡現(xiàn)象，滑坡可能是因?yàn)橥鈦?lái)天體撞擊，也可能是因?yàn)閮?nèi)在的地質(zhì)活動(dòng)。

“新視野號(hào)”在與冥王星和卡戎的親密接觸過(guò)程中，獲得了前所未有的高分辨觀測(cè)數(shù)據(jù)，取得了一些突破性的發(fā)現(xiàn)。然而，“新視野號(hào)”是飛越型探測(cè)器，只能短暫地探測(cè)這個(gè)矮行星系統(tǒng)，獲得的信息依然不夠全面和深入。因此，為了更徹底地了解冥王星，科學(xué)家有了更大的“野心”，他們希望再發(fā)射一個(gè)環(huán)繞型探測(cè)器，成為冥王星的人造衛(wèi)星，長(zhǎng)期觀測(cè)冥王星家族。相信這樣的探測(cè)器會(huì)給我們帶來(lái)更大的驚喜和更多新的發(fā)現(xiàn)。

讓我們一起期待新的探測(cè)器進(jìn)入冥王星軌道的那一天吧！