一项新研究发现,尽管今天的冥王星以寒冷著称,但最初很可能是一颗快速形成的炎热星球。研究人员表示,这一结果表明,冥王星可能在其生命早期就拥有一个地下海洋,这可能增加了它孕育生命的可能性。换句话说,冥王星可能比原先预想的更适合居住。
冥王星是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星(当然,比其他行星还是小了很多,只有月球质量的六分之一,月球体积的三分之一)。在先前的研究中,科学家猜想冥王星起源于遥远的柯伊伯带(海王星轨道外的天体密集圆盘状区域),由冰冻岩石聚集而成。尽管有证据表明,目前在冥王星厚厚的冰冻外壳下存在着一个液态海洋,但研究人员认为,这一地下海洋是在冥王星诞生很久之后,由于核心的放射性元素衰变发热使冰层融化之后而形成的。
这项新研究则认为,冥王星并不是在低温中形成的,而是有一个火热的开端,并且充满爆发力。“当我们今天观察冥王星时,我们看到的是一个非常寒冷的冰冻世界,表面温度大约为45开尔文(零下228摄氏度),”该研究的主要作者、美国加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家卡弗·比尔森(Carver Bierson)说,“我觉得很令人惊讶的一点是,通过观察并记录冥王星表面的地质情况,我们可以推断冥王星的形成非常迅速且剧烈,使其内部温度上升到足以形成地下海洋的程度。”
研究人员分析了冥王星表面所谓的“延展特征”。水在结冰时会膨胀,因此当冥王星内部冷却时,其表面会拉伸并产生可识别的结构。
2015年,美国国家航空航天局的“新视野号”(New Horizons)探测器到达了距离冥王星1万公里的位置,对这颗矮行星的地质情况进行了观测。研究人员将观测结果与冥王星起源和演化的各种模型进行了比较。如果冥王星是在低温时形成的,那么在星球历史的早期,由于放射性元素衰变放热使冰融化,其冰冻外壳就会经历压缩;在这些放射性元素分解殆尽,冥王星冷却之后,星球表面的外壳就会延展。然而,研究人员发现,在以高分辨率拍摄的冥王星表面图像中,最古老的部分并没有显示任何压缩的明显迹象。
如果冥王星的形成是快速而猛烈的,那么形成冥王星的岩石碰撞所产生的热量会相对较快地消退,导致其冰壳迅速增长,在历史早期产生了延展特征。当放射性元素衰变产生的热量成为主要因素时,表面冰壳的增长就会暂停;当放射性元素分解时,冰壳又会恢复冻结,并随着时间推移而慢慢地形成延展结构。
研究人员在冥王星冰冻表面上看到的延展特征,比如冰壳上的裂缝,以及神秘的山脊和沟槽系统,都表明冥王星有一个炙热的开端。
卡弗·比尔森说:“我认为最令人兴奋的是,在柯伊伯带的大型天体形成之时,地下海洋可能是普遍的现象。”
这些发现表明,冥王星和柯伊伯带中的其他大型矮行星,如阋神星(Eris)、鸟神星(Makemake)和妊神星(Haumea)等,都可能自形成以来就拥有地下海洋。研究人员表示,如果这一推断得到证实,将很可能影响这些遥远冰封世界的潜在可居住性。
“到目前为止,我们还不知道在任何世界上出现生命所需的成分或配方,”比尔森说,“不过我们认为液态水是一种重要的成分,而这项工作表明,冥王星拥有液态水已经很长时间了。”
比尔森也很谨慎地表示,新视野号只能拍摄冥王星北半球大约一半的高分辨率图像。“也许在不经意间,我们错过了一些记录了大规模压缩特征的古代地形,”他说,“你可以想象,如果只观察地球表面四分之一的地质情况,你可以了解到很多东西,但也会失去一些背景信息。目前,我们只能利用现有资源进行分析。未来我们还需要另一艘探测器返回冥王星,对其余的表面进行拍摄,才能真正发现我们错过了什么。”
研究人员在6月22日的《自然-地球科学》(Nature Geoscience)网络版上详细介绍了他们的发现。(任天)
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