冥王星冰冷的心臟以行星的節奏跳動。
當美國國家航空航天局的“新視野號”探測器在 2015 年 7 月飛掠這顆矮行星時，它著名地發現了一個心形特徵，正好位於赤道以北。現在，研究人員正在認識到，這個巨大的冰蓋如何驅動了冥王星的大部分活動，從其冰冷的表面到其朦朧的大氣層。
行星科學家本週在加利福尼亞州帕薩迪納舉行的美國天文學會行星科學分會和歐洲行星科學大會的聯合會議上公佈了他們的最新見解。許多發現都圍繞著斯普特尼克平原展開，這片冰原構成了冥王星“心臟”的左瓣。“所有道路都通向斯普特尼克，”密蘇里州聖路易斯華盛頓大學的行星科學家威廉·麥金農說。
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研究人員已經知道，斯普特尼克平原（以前被稱為斯普特尼克高原）主要由氮冰構成，在巨大的冰川中翻騰和流動。但其巨大的尺寸——直徑 1,000 公里，深度至少數公里——意味著它對這顆矮行星的行為產生了非凡的影響。
這顆“心臟”甚至可能使冥王星側翻。在會議上，亞利桑那大學圖森分校的詹姆斯·塔特爾·基恩展示了該特徵的形成如何改變了冥王星的傾斜度。斯普特尼克平原可能是一個巨大的隕石撞擊形成的隕石坑，後來充滿了冰。基恩說，所有這些冰的巨大質量導致這顆矮行星相對於其自轉軸旋轉，因此斯普特尼克平原最終永久地背對著冥王星最大的衛星卡戎。“冥王星跟隨了它的心臟，”他說。（其他科學家，如馬里蘭大學學院市分校的道格拉斯·漢密爾頓，則認為斯普特尼克平原可能是冰的積累，而沒有發生撞擊，而這個坑洞則來自冰的巨大重量壓低了下方的地面。）
斯普特尼克平原巨大的儲藏庫也滋養了冥王星複雜的大氣層。諸如氮、甲烷和一氧化碳等揮發性化學物質最初是表面上的冰，通常在斯普特尼克內部，然後在溫度升高時昇華到空氣中。隨著大氣層冷卻，揮發性氣體凝結並落回表面，在其上覆蓋一層新鮮的霜凍。冥王星目前正在遠離太陽，因此溫度正在變得更低。
更清晰的視野
“新視野號”分析了穿過冥王星稀薄大氣的光線，揭示了表面和大氣層之間的相互作用有多麼複雜，科羅拉多州博爾德西南研究院的行星科學家萊斯利·楊說。當斯普特尼克平原上空破曉時，陽光溫暖了冰原，並允許一股氮氣向上飄散。“我認為這就像一個冷空氣活塞每天被推入大氣層底部，然後再落回原處，”楊說。
新資料還揭示了地表季節性霜凍的行為。馬里蘭大學的行星科學家西爾維婭·普羅託帕帕展示了“新視野號”上的紅外感測儀器看到的甲烷和氮在冥王星表面分布的地圖。冰通常以混合物的形式共存，其中一種物質或另一種物質占主導地位。
在斯普特尼克平原，溫度和陽光結合在一起，創造了一個氮占主導地位的環境。在更北的地區，大約在北緯 55 度以上，持續的夏季陽光似乎已經剝奪了大部分氮，在冥王星的北極留下了甲烷冰原。“在過去的 20 年裡，我們一直受到來自北方的持續光照，”普羅託帕帕說。這項工作將發表在《伊卡洛斯》雜誌上。
斯普特尼克平原的影響力達到了冥王星大氣層的最高層。其揮發性氣體向上漂移，光化學反應產生新的碳和氮化合物。這些化合物形成了分層霧霾，延伸到地表以上 200 多公里。這比研究人員預測的要高，因為這個高度的溫度太高，無法使粒子直接凝結出來。相反，來自行星際空間的塵埃可能充當凝結核，霧霾粒子可以圍繞其形成，馬里蘭州勞雷爾市約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家安德魯·鄭說。
鄭說，霧霾粒子隨後開始聚集在一起，隨著它們在大氣層中向下漂移，變得更大更圓。最終，它們沉降到冥王星表面，並重新覆蓋表面，直到變暖開始，它們再次被抬升。
自創紀錄的飛掠以來，“新視野號”一直在向地球緩慢傳回資料，其遭遇的最終觀測資料將於 10 月 22 日至 23 日晚上返回。它們將展示冥王星周圍黑暗浩瀚的太空圖片——拍攝這些照片是為了以防萬一，在“新視野號”的資料中仍然潛伏著一顆微小的未知衛星或其他宇宙發現。
本文經許可轉載，並於 2016 年 10 月 21 日首次發表。