[太空探索]从冥王星到“萌”王星

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美国国家航空航天局（NASA）发射的“新视野号”探测器有一个重要的使命，那就是探测冥王星及其卫星，此后继续飞往深空，探测柯伊伯带的其他天体。2015年7月14日19:49（北京时间），经过9年半、50亿千米的飞行，“新视野号”终于抵达最接近冥王星的位置，为它拍摄了一张迄今为止最为清晰的照片。

虽然已经不再是行星，但冥王星表面可爱的心形图案十分瞩目，照片一经发布就引发了公众在社交平台上的争相转发。人们脑洞大开，在冥王星照片上再创作。过去了无生趣的冥王星一跃成为“萌王星”。

“新视野号”的新发现

天文学上用星等表示星星的亮度，星等数值越小说明星越亮，星等数相差1，星的亮度相差约2.512倍。天空中肉眼所能看到的最暗的星为6等星，而冥王星的亮度为13.64〜16.3星等，肉眼完全不可见，只能依靠望远镜才能观测到。

长久以来，冥王星都是太阳系最神秘的行星。因为它离我们极为遥远，没有任何探测器近距离探测过它。在“新视野号”之前，人类得到的最清晰的冥王星图像是由哈勃太空望远镜提供的。但即使是这张最清晰的图像，也难以看清冥王星的细节部分。人们对冥王星的地形、化学成分等几乎一无所知，直到“新视野号”探测器靠近并飞越冥王星。

“新视野号”拍摄了大量珍贵的高清晰度图片，然而由于相距遥远，这些观测数据的传输速度很慢，每秒钟只有1.68 kb，所有数据传回地球需要历时近一年半。尽管漫长的等待很是煎熬，但科学家十分期待这些数据，有了它们，人类将重新认识冥王星。

“新视野号”探测器上的主要科学仪器

“新视野号”探测器飞越冥王星时，最近距离只有1.25万千米，是地球与月球之间距离的1/30，相当于从上海用望远镜看美国的旧金山。虽然有些人还不满意，但这么近的距离已经是空前的了，“新视野号”由此获得了冥王星的大量细节，让它从此前望远镜中观测到的暗弱的小亮点，变成了生动活泼的“萌王星”，一下子拉近了它与每个普通人之间的心理距离。似乎是冥冥之中注定的，原本冷冰冰的冥王星居然如此有“爱心”。

这颗矮行星有点像彗星

冥王星绕太阳运转的轨道，是一个很扁的椭圆，离太阳最近的距离为30个天文单位（约45亿千米。1个天文单位等于日地平均距离，约1.5亿千米），最远的距离为49个天文单位（约74亿千米）。由于冥王星有时候离太阳近，温度相对高，是夏季；有时候离太阳远，温度相对低，是冬季。在温度相对较低的时候，就会出现季节性的霜冻现象。

“新视野号”探测发现，冥王星表面主要由氮冰、甲烷冰和水冰组成，这些冰物质的颜色较浅、反射率较高，因此冥王星整体上看起来还算比较亮。当冥王星运行到近日点附近时，表面的氮冰和甲烷冰就会蒸发，形成非常稀薄的大气层，表面大气压约为地球大气压的百万分之一到十万分之一。随着冥王星逐渐远离太阳，抵达远日点时，冥王星的大气成分会凝固并沉降。冥王星大气的蒸发和逃逸过程，看起来很像彗星被太阳辐射蒸发的过程。因此，冥王星的质量也会像彗星那样逐渐减少，但由于冥王星所在的地区异常寒冷，冥王星质量减少的程度不会像彗星那么明显。

冥王星绕太阳运转的轨道周期为90 465个地球日，这也就是冥王星上的1年，相当于地球上的247.68年。从1930年发现冥王星至今，它只在自己的轨道上绕太阳运行了约三分之一圈，相当于只过了冥王星上的3个月。冥王星自转1圈，也就是冥王星上的1天，相当于地球上的6.39天。根据“新视野号”得到的数据，科学家重新研究了冥王星的大气，确定了大气层的厚度、成分与温度，发现它的大气逃逸速度比此前理论预计的要慢得多，所以我们大可不必担心它会变得越来越瘦了。

科学家还发现，冥王星有一条“尾巴”，里面都是些灰尘一样的小颗粒，但实际上它们比灰尘还要小得多。这条尾巴长达数万千米，是太阳辐射吹跑的冥王星大气分子组成的。天文学家此前在金星和火星附近也发现过类似的“尾巴”。

冥王之心

冥王星整体上呈橙红色，但远没有火星红。尽管几乎完全被各种冰雪覆盖着，但冥王星表面却色彩丰富、变化多端，不同地区有着非常不同的亮度和颜色，如炭黑色、暗橙色与白色。

“新视野号”发现的心形区域，被称为冥王星的“心脏”。它的发现出乎大多数人的预料。为了纪念冥王星的发现者——天文学家汤博，这个区域被命名为“汤博区”。

虽然看起来很像一颗完整的爱心，但好奇心极强的科学家却发现，冥王星的这颗“心”实际上已经“碎”成了两瓣。其中，左边是一片巨大的平原，由大量冰冻的固体构成，包括氮气冻成的冰，还掺杂着一些固态的一氧化碳与甲烷。这片平原以人类历史上第1颗人造地球卫星的名称命名，被称为“斯普特尼克平原”。再仔细看还会发现，这片平原是由一些碎片拼接而成的，每个碎片大约20千米宽，整个平原如同一块巨大的、瓷砖铺成的地面。

斯普特尼克平原是怎么形成的呢？科学家推测，过去曾经有一个大小为几十千米的小天体撞击冥王星表面，留下一个巨大的盆地。冥王星上凝固的氮冰和其他一些冰冻的固态物质，慢慢填充进去，最终形成这样一个平原。研究还发现，平原上有一些冰山似乎是可以移动的，它们缓慢地穿越了这片平原。

年轻的冥王星表面

冥王星98%的表面覆盖着氮气凝结成的冰，但也有少量由水结成的冰。“新视野号”发现，冥王星表面的撞击坑比较少，说明其内部的地质活动较强，表面年龄比之前预计的还要年轻。

冥王星上还有一条长达3 000千米，宽约1 000千米，横贯东西的鲸鱼状断裂带。这片呈暗黑色区域被称为“克苏鲁区”，位于汤博区左侧，看起来就像一条巨大的鲸鱼，正在亲吻着冥王星的心脏。鲸鱼状断裂带的发现，说明冥王星仍然有地质活动。

科学家对月球和火星等岩石星球上的地质运动了解较多，但对冥王星这样的冰冻矮行星的地质运动知之甚少。它的运动方式与地球上的有什么不同？支撑地质运动的能量来自哪里？冥王星上各种冰物质含量较高，内部放射性元素含量较低，因此，支撑冥王星地质活动的内部能量来源，可能完全不同于火星、水星等类地行星和月球那种通过放射性元素衰变产生能量的过程。但事实又是怎样的呢？这些问题吸引着我们进一步探索。

地球、火星等岩石星球上都有高山，“新视野号”发现，冥王星上也有高大的冰山，高达3 500米。科学家推测，这么高的冰山不太可能是甲烷冰或氮冰组成的。因为甲烷冰或氮冰就像含有奶油的冰淇淋，强度不够，堆不起来，这座冰山很可能是由水冰筑成的。也有科学家认为，这座冰山可能是一座冰火山，最高处就是火山口。不过，地球上的火山喷出的是滚热的岩浆，而冥王星上的火山喷出的却是寒冷的冰。

冥王星上发现的冰山高达3 500米，这一高度的冰山不太可能是由甲烷冰或氮冰组成的，可能是由水冰组成的

初步估算，这座冰山的形成年龄不超过1亿年，虽然也很老了，但跟有45.6亿岁高龄的太阳系相比，只能算是个“年轻人”。能“造”出这样高的山脉，说明冥王星内部还有巨大的能量，才能支撑这么活跃的地质运动。

心形平原上的撞击坑很少，说明这一表面的形成时间较短，还比较年轻，地质年龄不超过1亿年

除了观测冥王星，“新视野号”还近距离观测了它最大的卫星卡戎，发现了卡戎上的4处山体滑坡。这是首次在柯伊伯带天体中发现山体滑坡现象，滑坡可能是因为外来天体撞击，也可能是因为内在的地质活动。

“新视野号”在与冥王星和卡戎的亲密接触过程中，获得了前所未有的高分辨观测数据，取得了一些突破性的发现。然而，“新视野号”是飞越型探测器，只能短暂地探测这个矮行星系统，获得的信息依然不够全面和深入。因此，为了更彻底地了解冥王星，科学家有了更大的“野心”，他们希望再发射一个环绕型探测器，成为冥王星的人造卫星，长期观测冥王星家族。相信这样的探测器会给我们带来更大的惊喜和更多新的发现。

让我们一起期待新的探测器进入冥王星轨道的那一天吧！

郑永春

博士，中国科学院国家天文台研究员，中国科普作家协会副理事长，青年科学家社会责任联盟理事长，“科普中国”形象大使。