谈谈心境的转变吧。斯普特尼克平原,构成冥王星“心脏”一部分的冰冷平原,自40亿年前形成以来,其位置已经发生了戏剧性的变化。
根据《自然》杂志上发表的两篇新论文,斯普特尼克平原已经从最初的位置向东南方向移动了约745英里。“这就像地球上发生了同样的重新定向——当然,地球比冥王星大——就好比把北美洲和南美洲互换位置,”亚利桑那大学博士候选人、其中一篇论文的首席作者詹姆斯·基恩说。
更重要的是,这个平原巨大的位置变化支持了这样一个理论:冥王星的冰层表面下曾经有一个液态海洋,而且今天可能仍然存在。
引力牵引
科学家们认为,斯普特尼克平原下方的这个600英里宽的盆地是在大约40亿年前的一次巨大撞击中形成的。在随后的几千年中,盆地的底部被数英里厚的冰冻氮、甲烷和一氧化碳所掩埋,将盆地变成了一个广阔的冰原。
基恩的团队和另一个研究小组注意到,这个盆地位于冥王星的一个特殊位置——靠近赤道,位于面向卡戎星的这一侧。这两个团队认为这个位置并非偶然。如果斯普特尼克平原是一个特别重的区域,那么引力可能在数百万或数十亿年的时间里将其拉到了这个区域。
当一个球体旋转时,动量会倾向于将较重的区域推向球体的赤道区域,那里旋转速度最快。因此,如果这个平原的质量很大,它就可能被拉向冥王星的赤道。
但这不是唯一的驱动力。斯普特尼克平原位于非常靠近冥王星的潮汐轴的地方,这条假想线连接着冥王星的中心和卡戎星的中心。卡戎星的引力在这里对冥王星的表面施加拉力,这可能有助于在平原迁移过程中将其推向一侧。
研究人员认为,这个巨大的盆地并非诞生于其目前所在的位置,而是随着时间的推移迁移到了这里,并带动了这颗矮行星整个冰壳的移动。据信,这个过程在过去的许多天体上都发生过,包括欧罗巴、恩塞拉多斯、火星和月球。
冰刻痕迹
冥王星表面遍布的冰裂缝支持了斯普特尼克平原经历过长距离迁移的假说。它们还表明冥王星的冰层下曾有一个液态海洋,这可能帮助整个冰壳滑向了新的位置。
基恩说,冥王星的裂缝表明这颗矮行星的冰壳一直在膨胀,而最简单的解释就是地下海洋。当海洋中的水冒泡到冥王星表面时,它会像冰格中的冰块一样结冰并膨胀,留下断层。
正常情况下,由规律的冻结和膨胀产生的断层线会以随机方向排列。但在冥王星上,大多数断层似乎都指向一个地方:斯普特尼克平原。这些断层线,加上研究人员的计算机模型,表明该平原的位置随着时间的推移发生了戏剧性的变化,从原始位置向东南方向移动了多达60度。
谁之过?
只有当斯普特尼克平原是冥王星表面特别重的区域时,它才会被拉到新的位置。但通常情况下,像这样的盆地质量会比周围区域小,因为它已经被挖空了。
基恩的团队提出,盆地中数百万年或数十亿年沉积的厚厚冰层,加上形成盆地的撞击产生的抛射物,可能使斯普特尼克平原变得足够重,从而发生迁移。
但由加州大学圣克鲁兹分校行星科学家弗朗西斯·尼莫领导的第二个研究团队认为,内部海洋是更可能的解释。
“没有地下海洋,一个正引力异常需要一层厚得难以置信的氮层,”他的团队在其论文中写道。
尼莫在电子邮件中解释说,形成盆地的撞击移除了地表大量的冰。移除了所有这些重量意味着地下海洋的向上推力将大于向下的压力,因此海洋会稍微隆起。这种海洋隆起可能就是增加了足够的重量,导致斯普特尼克平原漂移到新位置的原因。
仍在移动
斯普特尼克平原目前位于距离冥王星潮汐轴约250英里的地方,并且今天可能仍在朝同一方向迁移。
基恩说,如果冰层还在平原上堆积,这意味着它们还在增加重量,并继续将斯普特尼克平原推向潮汐轴。
有趣的是,尼莫说,平原目前的地理位置可能是液态海洋仍然潜伏在冥王星表面之下的证据。
他说:“如果海洋完全重新冻结,那将消除一个过剩质量的来源,这样斯普特尼克平原就会掉头,移回远离赤道的地方。由于它现在已经非常接近赤道了,所以它不可能(或者说几乎不可能)向后移动很多,所以这让我认为现在可能真的存在一个海洋。”
如果冥王星确实有一个地下海洋,科学家们不确定它是如何保持足够温暖以保持液态的。最初融化冥王星核心附近冰的放射性加热应该早已消失,而卡戎星的引力变形不足以加热核心。
虽然派一艘宇宙飞船来调查这些谜团会很棒,但这在未来十年左右不太可能实现。
但基恩对新视野号探测器充满希望,该探测器去年飞掠了这颗矮行星,并刚刚完成了数据传输。对冥王星断层线更清晰的图像可能会提供更多关于其年龄以及斯普特尼克平原移动距离的信息。新视野号的其他数据还可以提供关于冥王星当前气候以及挥发物如何在冰中循环和沉积的宝贵信息。
基恩说:“还有很多事情需要研究。这些数据将使人们忙碌几十年。”