冥王星怪异无比

麦迪·斯通+姜德杰

2015年7月14日，数百万人屏住呼吸注视着他们制造的钢琴大小的航天器飞往4 8亿千米外的冰冷岩石（指冥王星）。通过“新地平线”号探测器，我们第一次看清了冥王星，所见令人吃惊。但之后8个月以来，几篇有分量的科技论文的发表，清楚地显示出我们对这个微小世界之复杂性只知皮毛。

我们眼中的冥王星上有高耸的冰山，有流动氮气冲蚀出的峡谷，在广阔的冰原上布满冰丘，上空因光的散射造成了

许多复杂的光层（那时其上空变成了蓝色），小卫星像疯狂的陀螺一样旋转，有一个名为卡戎（冥卫一）的双星幽灵。行星科学家做梦也没有想到，在我们太阳系黑暗的外围会发现远比他们想象中更为复杂且有活力的系统。

近期发表在《科学》杂志上的五项最新研究讲述了冥王星及其奇怪小卫星家族的故事。尽管论文中的事实、数据和图像令人印象深刻，但我们对冥王星的整体了解还很有限。为了写这篇文章，我与6名行星科学家进行了交谈。在他们看

来，要想了解这个宇宙奇景是如何运转的，还需要做更进一步的研究。

简言之，我们所知如下：冥王星是一颗小星球，其直径为月球直径的70%；它和冥卫一一起被重力环抱，冥卫一的大小约为冥王星的1/2，质量约为冥王星的1/8。冥王星有一个巨大的岩石核，其元素构成与地球相似。岩石核被冰幔包裹，冰幔上又覆盖了一层更具挥发性的冰层，其中含有氮、甲烷和一氧化碳。星球上的温度在极冷与极热间转换，这三种挥发性冰层不断纯化、沉淀并在冥王星表面流动，结果形成了令人惊讶的各种地貌，譬如有图案的平原、历史久远的崎岖环形山、高耸的山脉，甚至还有冰火山。

“新地平线”号地质地球物理成像团队的负责人，也是描述冥王星地质情况的论文的第一作者杰夫·摩尔说：“最令人吃惊的是冥王星地质情况的多样性。我认为，冥王星在每一个可能的方面都超出了我们的预期。”

斯普特尼克冰原是冥王星上最有趣、最神秘的地质特征之一，它位于被称作“冥王之心”的“汤博区”西侧，是一个1000千米宽、无坑无山的冰盆地。以块状多边形结构为特征的斯普特尼克冰原似乎在积极地进化，就像罗威尔天文台的威尔·格伦迪所言，“它就像一只煮燕麦的壶一样在缓慢移动着”。这种冰对流的机制还不为人所知，专家认为，或许是由于冥王星内部的热以及上层氮冰和下层水冰之间的密度差共同作用的结果。

格伦迪说：“它比任何人几年前能够想象到的要混乱复杂得多。在地球上，我们有水，水可以蒸发、结晶。我们不知道当有多个挥发物同时存在时会发生什么，冥王星向我们展示了这些。”

冥王星的大气层同样混乱复杂，它是一个高约1500千米的氮气和甲烷气泡。由于甲烷受紫外光照射而引起的某种复

杂的光化学反应，冥王星的大气层也拥有一些重有机物，包括乙炔、乙烯和乙烷。这些分子最终形成微红色烟状颗粒，被称作索林。当索林受到暗淡阳光照射时会产生阴霾，很多很多的阴霾。

西南研究院的一位行星科学家、一篇描述冥王星大气层的新论文的首席作者兰迪· 格莱斯顿说，“阴霾惊人，起初我们不知道是什么造成了这些阴霾。”

实际上，在冥王星表面最近的两三百千米的木气层内有几十个不同的阴霾层，绝对令人叹为观止。但是，它们到底是怎样形成的呢？格莱斯顿和他的共同撰稿人在他们的论文中提出，阴霾是由重力波而非引力波造成的，冥王星大气层中的浮力波使索林颗粒悬浮在不同的水平层上。验证该假设还需做更多的研究。

“新地平线”号的近飞探测得到的另一大惊喜是：冥王星的上层大气比我们预想的要冷得多，也密得多。实际上，在很高的海拔处，大气变得非常冷，以至于氮气都沉淀了，只在太空的边缘留下了一层薄薄的甲烷。

“当我们看到上层大气中氮气如此少时感到很惊讶。”格莱斯顿说，“这很可能说明大气散逸到宇宙中了，只剩下了我们认为的数量的1/50。”

冥王星的大气层不像我们起初认为的那样易漏。这一发现也证实了空间环境的观测，在那里，从冥王星上脱逃的成

分与来自太阳的带电粒子流相互作用。大气和太空物理实验室的弗兰·巴格纳尔说：“我们原来认为，会有物质流出大气层，那将意味着会产生一个巨大的大气与太阳风相互作用的区域。然而，事实是，太阳交互作用的区域相当小。”

冥王星的太空环境也非常干净。“我们想，有4颗小卫星再加上冥卫一，必定有许多杂物，”巴格纳尔说，“但是‘新地平线号的测尘计在快速穿过该区域时几乎没有发现飞散的粒子。我想这个事实告诉我们的是，小卫星形成时制造的尘埃随即便消散了。”

这个事实还告诉我们，创造了冥王星、冥卫一和4颗小卫星的那个划时代的事件发生在很久很久以前。

冥卫二、冥卫五、冥卫四、冥卫三是绕冥王星/ 冥卫一双星系统旋转的4颗小而闪亮的行星。《新生星球研究》的共同作者比尔·麦金农说：“这些行星上有相当数量的环形山，这可将它们的形成期推到至少40亿年前。”尽管这些行星的构成成分还没有确定，但是它们的亮度足以使我们确信它们是由冰组成的。或许，它们是大冲击期间冥王星外壳的脱落块。

没有更好的方法来描述它：冥王星的小行星们完全混乱不堪。它们以超常的速度和疯狂的角度旋转，恰似被绑在旋转椅上的pop-o-matic游戏盘中的骰子。

麦金农说：“谁知道这是怎么回事呢。虽然我们从未见过类似的事情，但或许在我们太阳系中绕大一点的星球旋转

的某些捕获卫星都是这样混乱的。对那些喜欢动力学的人们来说，这仅仅是自然多样性的又一个例子。”

在此，我简单地总结了近期发表的五篇论文的研究结果，它们代表了数月来对穿越深空网络从“新地平线”号传回的数据的令人印象深刻的总结。令人难以想象的是，“新地平线”号在近飞探测中得到的一半以上的数据仍然在正驶入

柯伊伯带深处的探测器上，要全部收回数据至少还需要8个月。未来的数据不会改变目前的结论，但会使细节更清晰。

“新地平线”科研团队下一步的任务是探究已知事实的缘由。就像我在开头说的那样，尽管我们有了所有这些对冥王星的观测结果，但是我们对其了解甚少。准确地说，冥王星的山脉、荒地和峡谷是怎么形成的？它们的进化有多快？冥王星表面形状的改变经历了哪些进程？仅仅是因为阳光蒸发了冰，还是因为其内部的热起了作用？为什么冥王星能如此好地保留其大气层？其大气层又是如何与其地面相互作用的？冥王星和冥卫一以前是什么样子的？它俩是如何改变的？

我们刚刚开始回答这些问题，不过还好。事实上，应该说比较好。这意味着最好的发现还在前头。

延伸阅读

冥王星上的“蜘蛛腿”

美国航空航天局近日发布的冥王星最新照片显示，在冥王星冰质表面匍匐着一只巨型“蜘蛛”。这是一种极为独特的地形特征，“蜘蛛”的腿都是巨大的冰体裂缝，其中最长的一条裂缝长约580千米。这些裂缝形成的图案是我们在外太阳系空间中从未见过的，而且和冥王星其他地区形成的图案不同。

科学家将这条裂缝非正式命名为“斯雷普尼亚沟”。这组裂缝东西向较短，长度不到100千米。在北方和西方，这些

裂缝延伸到北部高纬度地区斑驳起伏的平原；而在南方，裂缝则被刀片状的“塔尔塔罗斯山脊”截断。裂缝暴露出冥王星表面之下的红色沉积层。

美国航空航天局“新地平线”号项目组科学家介绍说，这样的裂缝在冥王星表面随处可见，它们通常出现于一个个长条形的范围内，呈并列平行状。这是由于冥王星表面水冰外壳全球性扩大造成的。裂缝如果呈辐射状延伸，就可能形成蜘蛛状地形；这种辐射状的裂缝可能是由于冰质外壳某一点集中受力，形成了裂缝汇聚点，比如冰质外壳表面之下某种物质突然涌出、爆发等。