冥王星的心形汤博区可以被认为是这颗矮行星的审美亮点。美国国家航空航天局的“新视野号”探测器在 2015年飞掠 期间，以惊人的清晰度捕捉到了这个巨大的、高反射率的地质特征。其椭圆形的西部叶瓣，斯普特尼克平原，根据最近的估计，长度超过 1,200 英里，引起了行星科学家的注意：它似乎是一个由巨大的古代撞击坑挖出的碗状盆地。今天，它充满了年轻的、翻滚的氮冰浮冰。
“新视野号”探测器并没有很好地观察冥王星的另一侧。但是，当它瞥见时，它确实设法在斯普特尼克平原正对面的全球部分发现了一个区域，该区域看起来像是裂缝、土堆和坑洼的混乱地质拼图。由于没有明显的地层机制，科学家们推测了它的起源。
现在研究表明，雕刻出斯普特尼克平原的撞击事件是罪魁祸首。根据复制那场灾难性事件的模拟，它向冥王星周围和内部发送了强大的地震波，到达了世界另一侧的区域，撕裂了那里的土地，形成了“新视野号”探测器看到的奇怪特征。至关重要的是，这些强大的地震波的传播，以及由此产生的混乱地形的特定尺寸的形成，只有在冥王星拥有93 英里厚的液态水地下海洋的情况下才有可能——科学家们已经考虑了一段时间的想法。
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这项工作在三月份的 第 51 届月球与行星科学会议 上以虚拟形式展示，该会议在得克萨斯州伍德兰兹的现场聚会因冠状病毒大流行而被 取消。该模型仍处于早期阶段，尚未经过同行评审。但将撞击事件与远处其他地方的地质特征联系起来，以推断冥王星的内部结构，“真是一个新颖的想法”，美国国家航空航天局喷气推进实验室的行星科学家 James Tuttle Keane 说，他没有参与这项研究。
埋藏的海洋
北卡罗来纳州立大学的行星地质学家 Paul Byrne 说，如果这种模拟行星地震学的方法成立，那么从远处提取秘密可能不仅仅是冥王星的秘密，他也未参与这项研究。这个概念可以扩展到各种冰冷的世界和卫星，从太阳系冰巨星的卫星到柯伊伯带其他地方隐藏的寒冷庞然大物。杨百翰大学的行星科学家 Jani Radebaugh 说，最重要的是，这项研究提醒人们“新视野号”探测器与冥王星的“会面”具有不可估量的价值，她也没有参与这项工作。“我们从它身上榨取每一滴价值，这真是太神奇了，”她补充道。
2016 年阐明了冥王星地下海洋的关键证据。在新视野号探测器与这颗矮行星近距离接触后，斯普特尼克平原进入视野，科学家们意识到这个撞击盆地位于一个奇怪的位置：位于赤道上，并且与冥王星最大的卫星卡戎保持恒定的轨道对齐，卡戎不会从其在世界另一侧的相对位置移动。模型表明，当盆地形成时，冥王星的赤道在其他地方，但撞击发生后，地下水海洋开始涌入峡谷，而冰聚集在其顶部。为了适应这个突然出现的潮湿、沉重、充满冰的陨石坑，冥王星 倾斜到目前的排列，形成了新的赤道。
但这个概念仍然只是一个假设，需要更多证据来证实海洋的存在。在地球、月球 和 火星 上，科学家们使用机器人来探测穿过天体的地震波——这些波会根据它们穿过的物质反射、偏转和扭曲——然后使用这些波来描绘其地下层的图像。但是，这种方法在遥远的冥王星上是不可行的，冥王星缺乏机器人探测器，也没有未来的任务计划。
碰巧的是，帮助来自数十亿英里之外的水星。它的 卡路里盆地，一个大约 950 英里宽的撞击坑，位于世界正对面的另一侧，即对跖点，那里是一个破碎的岩石和令人发狂的起伏地形的混乱局面。“在身体的其他任何地方都没有类似的东西，”Radebaugh 说。科学家们长期以来一直认为，这种崎岖地形是卡路里盆地剧烈形成的结果——正如斯普特尼克平原对跖点起伏不平的陆地可能来自冥王星自身巨大的撞击事件一样。
因此，科学家们想知道，为什么不重新创建冥王星的地震学来找出答案呢？他们转向 iSALE 模型，该模型模拟行星尺度的撞击并复制撞击冲击的物理学。Adeene Denton 是普渡大学行星地质学博士生，也是这项新工作的主要作者，她说她“无数次炸毁了冥王星”。
虚拟地震学
最能复制斯普特尼克平原和冥王星扭曲的对跖地形尺寸的模拟涉及一个直径 250 英里的射弹，以每小时 4,500 英里的速度撞击冥王星。在模型中，当斯普特尼克平原被雕刻出来时，巨大的冲击波穿过整个世界。应力波（导致矮行星物理变形）尾随冲击波。它的运动取决于声波在其传播的材料中的速度。应力波迅速穿过冥王星的岩石核心，并在天体的冰壳中缓慢移动。它在夹在两者之间的 93 英里厚的液态水海洋中移动得更慢。
海洋充当从岩石核心到斯普特尼克平原对跖点的应力波传输的屏障。但是，这种效应被这个行星层状结构的另一个方面所抵消：海洋屏障也意味着在冰壳中移动的地震能量被困在那里，从而增强了这种能量到达对跖点的能力。
核心的地质成分也促进了地震波的传输。在最符合数据的模拟中，核心由蛇纹石构成，蛇纹石传输应力波的速度比其他可能的候选物质慢。核心和海洋之间的声速差异很小，这是一个物理学上的怪癖，它允许更多的地震能量通过海洋流向对跖点，而不是原本可能的情况。
总体效果是，大量的能量被集中在斯普特尼克平原的对跖点上。尽管该软件无法解析特定地质特征的形成，但对那里可能发生的变形的计算表明，这种地震聚焦产生了其混乱的地形。
这个假设是可靠的，但尚未板上钉钉。Byrne 说，与斯普特尼克平原一侧的图像相比，“新视野号”探测器拍摄的冥王星另一半图像分辨率较差，因此很难准确地弄清楚它们显示的是什么。“冥王星远端有很多奇怪的东西，”Keane 说。“而且有很多不同的方法可以想象创造我们看到的一些奇怪的模式。”一种可能性涉及冥王星表面覆盖的挥发性冰，例如甲烷、二氧化碳和氮。这些挥发物经常在气体和固体之间波动，从而侵蚀景观。它们可能是造成不寻常地形的原因，包括斯普特尼克平原对跖点的混乱景象。（最近一项不相关的研究也 指责挥发物 造成了水星卡路里盆地对跖点的混乱地形。）
但是，如果新模型是正确的，它会增加这样一种观点的可信度，即冥王星及其在其他地方的冰冷表亲可能拥有大量的地下海洋。“我们可能需要稍微不同地思考柯伊伯带本身以及其中的所有遥远世界，并可能更仔细地观察它们，”Denton 说。它们远非仅仅是冰冻的雪球，“它们都可能拥有如此令人难以置信的、丰富的地质历史。”
本文的标题为“碰撞地形”的版本已改编收录在 2020 年 6 月号的《大众科学》杂志中。