聚焦冥王星的奇觀

去年七月，美國宇航局的“新視野號”探測器飛掠過冥王星，這是太陽系古典行星中最後一顆未被訪問過的星球。作為已知的柯伊伯帶中最大的天體，冥王星也是通往新邊疆的門戶，這是一個鮮有研究的原始冰冷天體集合，遠離太陽，構成了太陽系的“第三區”，位於內部岩石行星和外部氣態巨行星的領域之後。

就像大多數對新邊疆的初次瞥見一樣，冥王星給“新視野號”帶來了太多的驚喜，以至於在過去的八個月裡，隨著探測器的小型無線電發射器將收集的資料傳回地球，人們不斷地有新發現。最大的驚喜是冥王星的表面和大氣層，儘管平均溫度僅比絕對零度高几十度，但它們卻不安靜地活躍且多樣化。一些科學家原本以為“新視野號”會發現冥王星只不過是一個惰性的、缺乏陽光的球體。相反，探測器遇到的是一個氮冰川從高聳的水冰山脈流入凍結甲烷平原的世界。無陽光的半冰凍海洋潛伏在地表深處，多顆衛星在空中盤旋，穿過籠罩著碳氫化合物霧霾的紅色天空，在日出和日落時會變成藍色。

但是，除了慶祝冥王星飛掠本身的強烈快感，或者凝視如此遙遠和陌生的全綵特寫所帶來的知識上的興奮之外，“新視野號”的這些發現到目前為止並沒有引起公眾的廣泛關注。故事很簡單，我們去了冥王星，見證了奇觀。這些奇觀實際上意味著什麼——對於我們對冥王星的理解，對於行星的演化，以及對於太陽系的宏大歷史——這是任務科學家們自己仍在研究的問題。他們在《科學》雜誌本週的期刊上總結了他們最新的想法，用五篇論文構成了我們目前對冥王星理解的綜合。

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以下是我們對這個陌生冰凍世界的新認識的三個宏觀要點：

1. 冥王星擁有一顆年輕的心

“新視野號”飛掠時只能近距離研究冥王星的一個半球，揭示出一片廣闊的心形平原，由氮、一氧化碳和甲烷冰混合而成，周圍環繞著山脈和隕石坑密佈的地形。這片被稱為斯普特尼克平原的“心”的西側區域，寬 1000 公里，看起來幾乎像起泡，就像一鍋攪拌的奶油麥片粥或一杯吉尼斯啤酒上的泡沫。

斯普特尼克平原沒有隕石坑，很可能不到 1000 萬年，可能是由從附近崎嶇高地滑落的新鮮雪和冰川形成的。它的氣泡是由深層冰中上升的熱量驅動的對流單元。斯普特尼克平原西北邊緣的一個小型“山脈”實際上是水冰塊，它們似乎像玻璃杯中的冰塊一樣漂浮在密度較高的冰中。這些冰塊可能是地殼因構造隆起而斷裂和翻轉的。在南部，“新視野號”的科學家們發現了兩個似乎是年輕的低溫火山，賴特山和皮卡德山，它們是相對無瑕的、環繞著至少一樣深的中心坑的數千米高的土堆。

總而言之，這些特徵表明，在形成 40 多億年後，冥王星仍然以某種方式保留了足夠的內部熱量，以維持活躍的地質活動，並且在某些地方，透過低溫火山活動和揮發性冰的季節性昇華和沉積，維持著非常年輕的表面。在世界的深處，冥王星的熱量可能足以在厚厚的水冰基岩下維持一個富含氨的水海洋。冥王星表面某些地方的長線狀條紋暗示，任何地下海洋都可能正在緩慢凍結，從而使地面變形，並在其變成冰時釋放額外的潛熱。

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，顯得非常年輕，是一種例外。冥王星外殼的其餘大部分都更加崎嶇和古老，在數億或數十億年的時間裡發生了廣泛的改變。構成冥王星地殼的氮、水、一氧化碳和甲烷的不同混合物和組合產生了不同種類的冰和地形，類似於地球上的岩石可以形成柔軟的白堊懸崖或堅硬的花崗岩山脈。然後，這些不同的基質可以被昇華的冰、侵蝕的冰川和沉澱的霜凍產生的坑窪、凹槽和通道所紋理化——這些影響是由冥王星的天氣驅動的，冥王星的天氣在長達數十年的季節中波動。

結果通常是離奇的，而且難以辨認。在斯普特尼克平原東北部，經過一片片坑窪平原，表面佈滿了密密麻麻的褶皺，這些褶皺像刀刃一樣尖銳，高出地面半公里。這種“刃狀地形”可能是古老的、曾經被掩埋的高耐久性物質的殘餘物，這些物質被某種冰、旋風和耀眼的陽光的組合所發掘和風化。或者它可能是較新的，由空氣中的甲烷霜凍覆蓋在堅硬的水冰山脊上形成的。顯而易見的是，如果不密切研究冥王星的天氣——即它的大氣層——就無法理解冥王星的景觀。

“新視野號”發現冥王星的稀薄大氣層由氣態氮和甲烷組成，比之前想象的更冷、更緊湊，並且分層形成了由紫外線和宇宙射線產生的菸灰狀碳氫化合物顆粒組成的霧霾。這些顆粒呈紅色，但在日出和日落時，當陽光穿過最濃厚的霧霾時，它們會散射光線，使冥王星的天空呈現藍色。這些顆粒也具有粘性，並在數萬年的時間裡像雪花一樣生長，直到最終它們變得足夠重而落下來，並在世界上最古老的地形中積累成深紅色的汙泥。

冥王星表面最原始的部分可能是一個跨越半球的紅色區域，稱為克蘇魯區，該區域被隕石坑徹底粉碎，據信已有 40 億年的歷史。奇怪的是，它緊鄰可能是冥王星最年輕的地貌的西緣，即斯普特尼克平原新鮮的乳白色冰層。事實證明，即使是斯普特尼克平原，也擁有令人驚訝的古老根基：它年輕的冰層填補了一個深盆地，這個深盆地可能是冥王星上仍然存在的最大、最古老的撞擊坑。

3. 冥王星的衛星是老“樹幹”上掉下來的碎片

除了克蘇魯區，冥王星最引人注目的其他古老、紅色、撞擊產生的特徵實際上並不在矮行星上——它是冥王星最大的衛星卡戎。長期以來，人們認為卡戎是與形成地球衛星的災難性撞擊類似的產物，“新視野號”幾乎證實了卡戎的暴力起源。卡戎的大部分表面實際上是灰白色的明亮水冰，隕石坑表明它已有 40 多億年的歷史——這是一個強有力的暗示，它是由冥王星水冰地殼破碎和噴射的碎片凝聚而成的。然而，它與冥王星的聯絡並未完全斷絕：位於其北極的深紅色碳氫化合物帽莫多爾斑點，可能是由紫外線與冥王星引力下漂浮出來的上層大氣薄霧發生反應並凍結在卡戎上產生的，像數十億年的紅色清漆層一樣堆積起來。

與冥王星非常相似，卡戎似乎也有一個地下海洋——或者至少曾經有過。“新視野號”發現了一條深深的裂縫，蜿蜒穿過這顆衛星表面約 1800 公里的區域——一條比德克薩斯州大小的月球上的大峽谷長四倍的溝壑。這條裂縫似乎來自卡戎內部海洋凍結的時期，當它變成冰時會膨脹，並從內部撕裂月球的地殼。

除了卡戎，冥王星還有四顆小得多的衛星：斯提克斯、尼克斯、刻耳柏洛斯和許德拉。“新視野號”發現它們比大多數研究人員預期的要更明亮、更小。它們都在快速旋轉，並且具有極端傾斜的軸，與冥王星和卡戎的軸完全不同，因此很難解釋。這些較小的衛星可能也是由形成卡戎的巨大撞擊產生的。與卡戎一樣，它們似乎也擁有被隕石坑嚴重撞擊過的 40 億年曆史的水冰表面，而且它們是橢圓形的而不是球形的，就好像它們都更像是勉強聚集在一起的一堆碎石，而不是衛星。其中至少一個衛星刻耳柏洛斯呈啞鈴狀，表明它是由兩個較小的天體在災難性撞擊後合併形成的。

所有這些地質結構如此豐富的奇異世界接下來會發生什麼？我們很快就會知道。新視野號拍攝的資料中有一半仍然在船上，等待傳輸。與此同時，探測器正在繼續執行任務，在 2019 年與柯伊伯帶中一個較小、更遙遠的天體交會。最好的可能還在後頭。