聚焦冥王星的奇观

去年七月，美国宇航局的“新视野号”探测器飞掠过冥王星，这是太阳系古典行星中最后一颗未被访问过的星球。作为已知的柯伊伯带中最大的天体，冥王星也是通往新边疆的门户，这是一个鲜有研究的原始冰冷天体集合，远离太阳，构成了太阳系的“第三区”，位于内部岩石行星和外部气态巨行星的领域之后。

就像大多数对新边疆的初次瞥见一样，冥王星给“新视野号”带来了太多的惊喜，以至于在过去的八个月里，随着探测器的小型无线电发射器将收集的数据传回地球，人们不断地有新发现。最大的惊喜是冥王星的表面和大气层，尽管平均温度仅比绝对零度高几十度，但它们却不安静地活跃且多样化。一些科学家原本以为“新视野号”会发现冥王星只不过是一个惰性的、缺乏阳光的球体。相反，探测器遇到的是一个氮冰川从高耸的水冰山脉流入冻结甲烷平原的世界。无阳光的半冰冻海洋潜伏在地表深处，多颗卫星在空中盘旋，穿过笼罩着碳氢化合物雾霾的红色天空，在日出和日落时会变成蓝色。

但是，除了庆祝冥王星飞掠本身的强烈快感，或者凝视如此遥远和陌生的全彩特写所带来的知识上的兴奋之外，“新视野号”的这些发现到目前为止并没有引起公众的广泛关注。故事很简单，我们去了冥王星，见证了奇观。这些奇观实际上意味着什么——对于我们对冥王星的理解，对于行星的演化，以及对于太阳系的宏大历史——这是任务科学家们自己仍在研究的问题。他们在《科学》杂志本周的期刊上总结了他们最新的想法，用五篇论文构成了我们目前对冥王星理解的综合。

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以下是我们对这个陌生冰冻世界的新认识的三个宏观要点：

1. 冥王星拥有一颗年轻的心

“新视野号”飞掠时只能近距离研究冥王星的一个半球，揭示出一片广阔的心形平原，由氮、一氧化碳和甲烷冰混合而成，周围环绕着山脉和陨石坑密布的地形。这片被称为斯普特尼克平原的“心”的西侧区域，宽 1000 公里，看起来几乎像起泡，就像一锅搅拌的奶油麦片粥或一杯吉尼斯啤酒上的泡沫。

斯普特尼克平原没有陨石坑，很可能不到 1000 万年，可能是由从附近崎岖高地滑落的新鲜雪和冰川形成的。它的气泡是由深层冰中上升的热量驱动的对流单元。斯普特尼克平原西北边缘的一个小型“山脉”实际上是水冰块，它们似乎像玻璃杯中的冰块一样漂浮在密度较高的冰中。这些冰块可能是地壳因构造隆起而断裂和翻转的。在南部，“新视野号”的科学家们发现了两个似乎是年轻的低温火山，赖特山和皮卡德山，它们是相对无瑕的、环绕着至少一样深的中心坑的数千米高的土堆。

总而言之，这些特征表明，在形成 40 多亿年后，冥王星仍然以某种方式保留了足够的内部热量，以维持活跃的地质活动，并且在某些地方，通过低温火山活动和挥发性冰的季节性升华和沉积，维持着非常年轻的表面。在世界的深处，冥王星的热量可能足以在厚厚的水冰基岩下维持一个富含氨的水海洋。冥王星表面某些地方的长线状条纹暗示，任何地下海洋都可能正在缓慢冻结，从而使地面变形，并在其变成冰时释放额外的潜热。

2. 它的大部分表面仍然古老且非常奇怪

斯普特尼克平原的表面光滑，显得非常年轻，是一种例外。冥王星外壳的其余大部分都更加崎岖和古老，在数亿或数十亿年的时间里发生了广泛的改变。构成冥王星地壳的氮、水、一氧化碳和甲烷的不同混合物和组合产生了不同种类的冰和地形，类似于地球上的岩石可以形成柔软的白垩悬崖或坚硬的花岗岩山脉。然后，这些不同的基质可以被升华的冰、侵蚀的冰川和沉淀的霜冻产生的坑洼、凹槽和通道所纹理化——这些影响是由冥王星的天气驱动的，冥王星的天气在长达数十年的季节中波动。

结果通常是离奇的，而且难以辨认。在斯普特尼克平原东北部，经过一片片坑洼平原，表面布满了密密麻麻的褶皱，这些褶皱像刀刃一样尖锐，高出地面半公里。这种“刃状地形”可能是古老的、曾经被掩埋的高耐久性物质的残余物，这些物质被某种冰、旋风和耀眼的阳光的组合所发掘和风化。或者它可能是较新的，由空气中的甲烷霜冻覆盖在坚硬的水冰山脊上形成的。显而易见的是，如果不密切研究冥王星的天气——即它的大气层——就无法理解冥王星的景观。

“新视野号”发现冥王星的稀薄大气层由气态氮和甲烷组成，比之前想象的更冷、更紧凑，并且分层形成了由紫外线和宇宙射线产生的烟灰状碳氢化合物颗粒组成的雾霾。这些颗粒呈红色，但在日出和日落时，当阳光穿过最浓厚的雾霾时，它们会散射光线，使冥王星的天空呈现蓝色。这些颗粒也具有粘性，并在数万年的时间里像雪花一样生长，直到最终它们变得足够重而落下来，并在世界上最古老的地形中积累成深红色的污泥。

冥王星表面最原始的部分可能是一个跨越半球的红色区域，称为克苏鲁区，该区域被陨石坑彻底粉碎，据信已有 40 亿年的历史。奇怪的是，它紧邻可能是冥王星最年轻的地貌的西缘，即斯普特尼克平原新鲜的乳白色冰层。事实证明，即使是斯普特尼克平原，也拥有令人惊讶的古老根基：它年轻的冰层填补了一个深盆地，这个深盆地可能是冥王星上仍然存在的最大、最古老的撞击坑。

3. 冥王星的卫星是老“树干”上掉下来的碎片

除了克苏鲁区，冥王星最引人注目的其他古老、红色、撞击产生的特征实际上并不在矮行星上——它是冥王星最大的卫星卡戎。长期以来，人们认为卡戎是与形成地球卫星的灾难性撞击类似的产物，“新视野号”几乎证实了卡戎的暴力起源。卡戎的大部分表面实际上是灰白色的明亮水冰，陨石坑表明它已有 40 多亿年的历史——这是一个强有力的暗示，它是由冥王星水冰地壳破碎和喷射的碎片凝聚而成的。然而，它与冥王星的联系并未完全断绝：位于其北极的深红色碳氢化合物帽莫多尔斑点，可能是由紫外线与冥王星引力下漂浮出来的上层大气薄雾发生反应并冻结在卡戎上产生的，像数十亿年的红色清漆层一样堆积起来。

与冥王星非常相似，卡戎似乎也有一个地下海洋——或者至少曾经有过。“新视野号”发现了一条深深的裂缝，蜿蜒穿过这颗卫星表面约 1800 公里的区域——一条比德克萨斯州大小的月球上的大峡谷长四倍的沟壑。这条裂缝似乎来自卡戎内部海洋冻结的时期，当它变成冰时会膨胀，并从内部撕裂月球的地壳。

除了卡戎，冥王星还有四颗小得多的卫星：斯提克斯、尼克斯、刻耳柏洛斯和许德拉。“新视野号”发现它们比大多数研究人员预期的要更明亮、更小。它们都在快速旋转，并且具有极端倾斜的轴，与冥王星和卡戎的轴完全不同，因此很难解释。这些较小的卫星可能也是由形成卡戎的巨大撞击产生的。与卡戎一样，它们似乎也拥有被陨石坑严重撞击过的 40 亿年历史的水冰表面，而且它们是椭圆形的而不是球形的，就好像它们都更像是勉强聚集在一起的一堆碎石，而不是卫星。其中至少一个卫星刻耳柏洛斯呈哑铃状，表明它是由两个较小的天体在灾难性撞击后合并形成的。

所有这些地质结构如此丰富的奇异世界接下来会发生什么？我们很快就会知道。新视野号拍摄的数据中有一半仍然在船上，等待传输。与此同时，探测器正在继续执行任务，在 2019 年与柯伊伯带中一个较小、更遥远的天体交会。最好的可能还在后头。