冥王星冰冷的心脏以行星的节奏跳动。
当美国国家航空航天局的“新视野号”探测器在 2015 年 7 月飞掠这颗矮行星时，它著名地发现了一个心形特征，正好位于赤道以北。现在，研究人员正在认识到，这个巨大的冰盖如何驱动了冥王星的大部分活动，从其冰冷的表面到其朦胧的大气层。
行星科学家本周在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的美国天文学会行星科学分会和欧洲行星科学大会的联合会议上公布了他们的最新见解。许多发现都围绕着斯普特尼克平原展开，这片冰原构成了冥王星“心脏”的左瓣。“所有道路都通向斯普特尼克，”密苏里州圣路易斯华盛顿大学的行星科学家威廉·麦金农说。
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研究人员已经知道，斯普特尼克平原（以前被称为斯普特尼克高原）主要由氮冰构成，在巨大的冰川中翻腾和流动。但其巨大的尺寸——直径 1,000 公里，深度至少数公里——意味着它对这颗矮行星的行为产生了非凡的影响。
这颗“心脏”甚至可能使冥王星侧翻。在会议上，亚利桑那大学图森分校的詹姆斯·塔特尔·基恩展示了该特征的形成如何改变了冥王星的倾斜度。斯普特尼克平原可能是一个巨大的陨石撞击形成的陨石坑，后来充满了冰。基恩说，所有这些冰的巨大质量导致这颗矮行星相对于其自转轴旋转，因此斯普特尼克平原最终永久地背对着冥王星最大的卫星卡戎。“冥王星跟随了它的心脏，”他说。（其他科学家，如马里兰大学学院市分校的道格拉斯·汉密尔顿，则认为斯普特尼克平原可能是冰的积累，而没有发生撞击，而这个坑洞则来自冰的巨大重量压低了下方的地面。）
斯普特尼克平原巨大的储藏库也滋养了冥王星复杂的大气层。诸如氮、甲烷和一氧化碳等挥发性化学物质最初是表面上的冰，通常在斯普特尼克内部，然后在温度升高时升华到空气中。随着大气层冷却，挥发性气体凝结并落回表面，在其上覆盖一层新鲜的霜冻。冥王星目前正在远离太阳，因此温度正在变得更低。
更清晰的视野
“新视野号”分析了穿过冥王星稀薄大气的光线，揭示了表面和大气层之间的相互作用有多么复杂，科罗拉多州博尔德西南研究院的行星科学家莱斯利·杨说。当斯普特尼克平原上空破晓时，阳光温暖了冰原，并允许一股氮气向上飘散。“我认为这就像一个冷空气活塞每天被推入大气层底部，然后再落回原处，”杨说。
新数据还揭示了地表季节性霜冻的行为。马里兰大学的行星科学家西尔维娅·普罗托帕帕展示了“新视野号”上的红外传感仪器看到的甲烷和氮在冥王星表面分布的地图。冰通常以混合物的形式共存，其中一种物质或另一种物质占主导地位。
在斯普特尼克平原，温度和阳光结合在一起，创造了一个氮占主导地位的环境。在更北的地区，大约在北纬 55 度以上，持续的夏季阳光似乎已经剥夺了大部分氮，在冥王星的北极留下了甲烷冰原。“在过去的 20 年里，我们一直受到来自北方的持续光照，”普罗托帕帕说。这项工作将发表在《伊卡洛斯》杂志上。
斯普特尼克平原的影响力达到了冥王星大气层的最高层。其挥发性气体向上漂移，光化学反应产生新的碳和氮化合物。这些化合物形成了分层雾霾，延伸到地表以上 200 多公里。这比研究人员预测的要高，因为这个高度的温度太高，无法使粒子直接凝结出来。相反，来自行星际空间的尘埃可能充当凝结核，雾霾粒子可以围绕其形成，马里兰州劳雷尔市约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家安德鲁·郑说。
郑说，雾霾粒子随后开始聚集在一起，随着它们在大气层中向下漂移，变得更大更圆。最终，它们沉降到冥王星表面，并重新覆盖表面，直到变暖开始，它们再次被抬升。
自创纪录的飞掠以来，“新视野号”一直在向地球缓慢传回数据，其遭遇的最终观测数据将于 10 月 22 日至 23 日晚上返回。它们将展示冥王星周围黑暗浩瀚的太空图片——拍摄这些照片是为了以防万一，在“新视野号”的数据中仍然潜伏着一颗微小的未知卫星或其他宇宙发现。
本文经许可转载，并于 2016 年 10 月 21 日首次发表。