冷热交加:矮行星 妊神星可能存在极端温差

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


法国南特—妊神星可能是矮行星中最奇特的名字,现在看来它的表面也同样不寻常。

妊神星(发音为 MAH-kee MAH-kee)是我们太阳系中五个公认的矮行星之一,于 2005 年被发现,其运行轨道宽阔且呈椭圆形,位于海王星范围之外。它的位置使其属于被称为海王星外天体或 TNO 的天体家族,并且它符合矮行星的资格,因为它足够大,可以通过引力作用沉降成近似圆形的形状。

从那时起,遥远的妊神星一直是天文学家使用他们可用的最佳工具进行研究的对象,从哈勃太空望远镜到夏威夷的凯克望远镜。现在,由太空搭载的欧洲赫歇尔望远镜(于 2009 年发射)进行的一组新观测表明,妊神星的表面是一个令人费解的冷热点排列。


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“我相信在我们赫歇尔望远镜的大约 140 个目标 TNO 样本中,它是我们拥有的最奇特的天体,”德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的托马斯·G·穆勒周二在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说。

穆勒和他的同事使用赫歇尔望远镜对这颗直径约 1500 公里的矮行星进行了热测量。他们的发现与斯皮策太空望远镜在 24 微米波长处的红外测量结果形成鲜明对比。赫歇尔的长波长数据,范围高达 500 微米,表明该天体比仅从斯皮策数据预期的更冷、反射率更高。赫歇尔的数据要求极高的反射率或反照率,大于 90%,表明妊神星极其冰冷。

但斯皮策的数据看起来很可靠——事实上,这两个天文台在 70 微米处对妊神星的观测结果一致——因此穆勒尽力在他的思考中协调来自两个航天器的观测结果,以了解这颗矮行星。“必须有较暗的地形来解释这个 [斯皮策] 点,以及更明亮的地形,更高反照率的地形,来解释这里的 [赫歇尔数据],”他说。由此产生的是一个世界,其中冰冷的区域几乎反射所有入射光,而黑暗的区域吸收光并高效升温。“不可能用单一的反照率来拟合它,”穆勒说。“没办法。”

但是妊神星在其整个自转过程中反射的光量相同,因此明亮和黑暗的斑点不能像冥王星的情况那样分布在宽阔的、形状奇特的斑块中。一种可能性是,明亮和黑暗的表面被限制在从地球视角来看在妊神星整个自转过程中看起来相同的区域。例如,如果天文学家从赤道方向观察妊神星,则赤道可能是黑暗的,而较高纬度可能是明亮的。

“但是当你观察这些物理特性时,你需要建模它,它非常极端,”穆勒说。赤道必须高于 50 开尔文(–223 摄氏度),而半球必须低于 30 开尔文(–243 摄氏度),并且这些区域必须以某种方式彼此相邻共存。在超过 50 个天文单位 (AU) 的距离——也就是说,比地球到太阳的距离远 50 倍以上——妊神星的推断温度突破了可能的界限。

“我相信在 52 AU 之外,那是你可以在天体上产生的最极端温度,而我们在一个天体上拥有彼此相邻的这些温度,”穆勒说。“这就是为什么我相信它是我们拥有的最奇特的天体。”

妊神星的明亮和黑暗斑块可以混合在一起分布在表面上,只要这些斑块很小且均匀分布,以便黑暗和光明的总体平衡在矮行星的整个自转过程中保持不变。穆勒提出了一些关于这样一个世界可能是什么样子的奇特想法,包括他戏称为“斑马-妊神星”的条纹图案。但考虑到他与德国足球明星托马斯·穆勒同名,他更喜欢另一种类似于由浅色和深色方块组成的熟悉物体的图案:“足球-妊神星”。

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