冥王星的心脏中了一箭

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原作者：JAVIER BARBUZANO

翻译：何永强

校对：方芊

编排：王招君

后台：李子琦

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/a-cosmic-arrow-pierced-plutos-heart-is-it-still-there/#google_vignette

一次巨大的碰撞可能形成了冥王星的心形盆地——斯普特尼克平原，而撞击物核心的一大块可能仍然被埋藏在冰层之下。

NASA的新视野号宇宙飞船在距离冥王星450万公里的地方拍摄了这张照片。画面中占据主导地位的是一个巨大明亮的特征，昵称为“心脏”，其直径约为1600公里。“左心室”被命名为斯普特尼克平原，这是一个早期撞击形成的被冰覆盖的盆地。

图源：NASA / JHUAPL /SwRI

2015年，当传回冥王星的第一张特写照片时，NASA的“新视野号”任务揭示了一个巨大的心形盆地，该盆地主导着这颗矮行星的地质。以冥王星发现者命名为汤博区，这个“心脏”并非单一地质特征，而是由两个不同区域组成。其中西叶被称为斯普特尼克平原，是一个面积相当于美国四分之一大小、充满明亮白色氮冰且比周围地形低几公里的巨大狭长洼地。

科学家们认为，科学家们认为，这个引人注目的盆地是数十亿年前一颗巨大物体猛烈撞击到该矮行星时形成的。现在，来自瑞士伯尔尼大学和亚利桑那大学的一组科学家通过计算机模拟对斯普特尼克平原的起源进行了更深入的探索，并发现一大块撞击物可能仍然埋藏在氮冰之下。他们的研究结果已于4月15日发表在《自然天文学》期刊上，并对之前关于冥王星内部结构假设提出挑战，暗示长期怀疑的地下海洋可能并不存在。

在探测飞掠冥王星后不久，科学家们注意到冥王星的“心脏”位于一个特殊位置，靠近赤道并正好在潮汐轴上。根据没有参与这项新研究的 James Keane（喷气推进实验室）所说，“如果你在冥王星和其潮汐锁定的卫星卡戎之间画一条线，这条线正好穿过冥王星的心脏。”基恩及其他研究人员在2016年发表的两篇独立论文中提出了一个观点，即斯普特尼克平原可能并非在今天的纬度形成，而是因为冥王星可能围绕其轴线旋转在系统最低能量点适应冰层下方大量额外质量，这个过程被称为真极移。这些额外质量可能来自于斯普特尼克平原下面的地下海洋。

撞 击

The Impact

冥王星巨大缓慢的撞击的艺术呈现，这导致了冥王星表面形成心形结构。

图源：University of Bern，Thibaut Roger

在最新的研究中，该团队运用3D模拟来解释撞击的角度。根据盆地所呈现的泪滴形状，估计撞击发生时物体的角度是倾斜的。而先前的研究只考虑了二维的正面撞击。这次新的模拟还考虑了物质的物理强度，并证实在相对较低速度下，物质的物理强度起着重要作用。冥王星具有较低重力，因此很可能是这种情况下发生了本次撞击。

主导这项研究的瑞士伯尔尼大学的Harry Ballantyne指出：“在我的模拟实验中，结果立即与人们的预期不同。”他解释说，由于冥王星质量较小、引力较弱，因此撞击速度要慢得多。“因此，与其说是超级破坏性的撞击，导致高温和大量物质融化，整个过程中一切都保持固态。 此外，撞击物岩石的温度远低于其熔点，因此能够一直保持完整。”

通过精确调整撞击物的组成、大小、速度和角度，研究小组得出结论，撞击物的尺寸约为冥王星的三分之一，直径大约为700公里，岩石内核被厚厚的冰层所覆盖。

模拟显示，在撞击过程中，撞击物形成的陨石坑将冥王星的原始冰推开。由于撞击物的物质强度，其核心大部分保持完整，向冥王星的地核深入。但它并没有穿过地核，而是与地核相连，几乎从地核反弹回来。它以一种强烈的冲击落地在核幔边界。

同时，撞击物的冰质外壳向外扩展，填充了撞击形成的空腔。因此，整个区域几乎都被撞击物所覆盖。

新视野号探测器证实，斯普特尼克平原富含氮气、一氧化碳和甲烷冰。（颜色接近自然——冥王星上的暗区是深红色或橙色。）

来源：NASA / JHU-APL / SWRI

通过将撞击物的岩石核心保存在冰层下，撞击本身可能产生了过剩的质量，而不是之前认为的不足。因此，冥王星的自转将使这一区域导向赤道，这样就不需要地下海洋来完成同样的壮举了。

“我认为这是一个完全有效的假设，”Keane 说。然而，他指出，新的研究几乎没有测试撞击物的质量是否足以证明冥王星的真极移。“他们把这个留给未来的工作。”

冥王星变暖？

A Warmer Pluto?

但是，如果撞击物遇到的是一个没有像今天的冥王星那样彻底冻结的行星呢？形成斯普特尼克平原的撞击很可能发生在冥王星历史的早期，有理由认为冥王星在那时可能更温暖， William McKinnon（圣路易斯华盛顿大学）说，他没有参与目前的研究。而更温暖的冥王星应该有地下海洋。

目前，冥王星有一个岩石内核和一个冰幔，但这种分层表明过去是更温暖的。McKinnon 解释说:“只有当冥王星足够温暖到冰会融化，岩石才会落在中心，否则不会有这样的结构。”这些热量可能来自冥王星形成时的余热以及其核心的放射性衰变。

McKinnon 说:“从我的观点来看，（这项研究的发现）与我们从冥王星漫长的历史中得到的证据并不一致，冥王星的表面在我们所谓的伸展构造特征中被破坏了。”这些特征表明，在某个时间点存在过地下海洋，并随着冷却和冻结而逐渐缩小。“因为冰的密度比水小，这意味着冥王星的地貌一直在缓慢上升，并且正在分裂。”

“这显然是一个有趣的观点，”Ballantyne回答道；然而，他补充说:“我们确实探索了一些不同的温度分布情况，基本上我们发现这种机制似乎对温度并不特别敏感。”Ballantyne 说，唯一重要的是要足够冷，以确保“一切保持固态”

阳系外撞击

Outer-Solar System Impacts

Ballantyne说，在太阳系外围漂浮的超冷小天体上，巨大的撞击可能会产生不同的效果。也许，在这些星球上，由撞击物质主导的区域是很常见的，而奇怪的岩石碎块存在于它们位于它们的的核幔边界处也是常态。“关于冰矮星的撞击，有一些非常有趣的事情，就此打住。”

“冥王星向我们展示了柯伊伯带天体是多么有趣，”Keane 说。“这是一个很好的例子，说明了新视野号任务，尤其是冥王星的意义有多深远。”

责任编辑：杨欣冉

牧夫新媒体编辑部

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来源：NASA

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