新的研究为冥王星的巨大冰片提供了解释

【博科园-科学科普】2015年7月当它历史性地飞越冥王星时，新视野号宇宙飞船给了科学家和普通公众第一个清晰的图片，说明了这个遥远的矮行星的样子。除了提供冥王星的“心”、冰冻的平原和山脉的惊人图像外，它探测到的最有趣的特征之一是冥王星神秘的“有叶的地形”。

在2015年7月从新视野中看到的冥王星的叶片地形。图片版权：NASA/JHUAPL/SwRI

根据新视野所获得的数据，这些特征几乎完全是由甲烷冰构成的，类似于巨型叶片。在他们发现的时候，导致这些特征的原因仍然是未知的。但根据新视野小组成员的新研究，这些特征可能是与冥王星复杂的气候和地质历史有关的特定侵蚀的结果。

自从新视野号探测器提供了冥王星的地质特征的详细资料后，这些锯齿状山脊的存在一直是一个谜。它们位于冥王星表面的最高海拔处，靠近赤道，海拔可以达到几百英尺。在这方面，它们与penitentes相似，这是在地球赤道上的高海拔雪地里发现的一种结构。

Penitentes在智利的Chajnantor平原南端。图片版权：Wikimedia Commons/ESO

在那里这些结构是通过升华形成的，大气中的水汽会结冰形成直立的、叶片状的冰结构。这个过程是以升华为基础的，温度的快速变化会导致水从蒸汽转变为固体(再回来)，而不会变成液体状态。考虑到这一点研究小组考虑了在冥王星上形成这些山脊的各种机制。

他们所确定的是冥王星的地形是在冥王星的极端海拔处的大气甲烷冻结的结果，然后导致了与地球上发现的类似的冰结构。该团队由美国宇航局艾姆斯研究中心的研究科学家杰弗里·摩尔(Jeffrey Moore)领导，他也是新视野的团队成员。正如他在NASA的新闻声明中解释的那样：

当我们意识到这是由大量的甲烷冰堆积而成的，我们问自己为什么它会形成所有这些脊，而不是在地面上有大块的冰。”事实证明，冥王星受到气候变化的影响，有时，当冥王星温度升高时，甲烷冰就会开始“蒸发”。

但与地球不同的是，这些特征的侵蚀与在eons过程中发生的变化有关。这并不奇怪，因为冥王星的轨道周期是248年(或90560个地球日)，这意味着它需要这么长时间才能在太阳周围完成一个轨道。此外，它的偏心特性意味着它与太阳的距离相当大，从在近日点的29.658 AU到在aphelion的49.305 AU。

地图基于新地平线上的地形(顶部)和构成(底部)的冥王星表面。这两者都表明了冥王星的部分，在那里有叶片的地形被观察到。图片版权：NASA/JHUAPL/SwRI/LPI

当行星离太阳最远时，高海拔地区的大气就会结冰。当它靠近太阳时这些冰的特征就会融化并再次变成大气的水蒸气。由于这一发现，我们现在知道冥王星的表面和空气显然比之前想象的要活跃得多。与地球有一个水循环的相同方式，冥王星可能有一个甲烷循环。

这一发现也可以让科学家们绘制出冥王星的位置，而冥王星的位置并不是在高细节中拍摄的。当“新视野”号的飞行任务完成时，它拍摄了冥王星唯一一面的高分辨率照片——被指定为“相遇半球”。然而它只能在较低的分辨率下观察到另一边，这阻止了它被详细地映射。

但是根据这项新的研究，NASA的研究人员和他们的合作者已经能够得出结论，这些尖锐的山脊可能是冥王星“远端”的一个普遍特征。这项研究也很重要，因为它促进了我们对冥王星的全球地理和地形的理解，无论是过去还是现在。这是因为它展示了大气甲烷和高海拔特征之间的联系。因此研究人员现在可以通过寻找大气中的甲烷浓度来推断冥王星的海拔高度。

不久前冥王星被认为是太阳系中最不为人所知的天体之一，因为它与太阳的距离非常遥远。然而，由于“新地平线”(New Horizons)任务所收集的数据，科学家们正越来越熟悉它的表面，更不用说那些已经形成的地质和气候力量的类型。

参考：NASA