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冥王星南極附近的賴特山(Wright Mons),是科學家在冥王星上發現的潛在冰火山之一。這座山的山頂有一個巨大的凹陷,形如地球上的火山口。圖片來源:NASA/JHUAPL/SWRI

在本周召開的第47屆美國天文學會行星科學分部年會上,美國航太總署(NASA)的新視野號(New Horizons)科學團隊探討了超過50項令人激動的新發現,包括冥王星上潛在的冰火山和搖擺的冥王星小衛星。

「新視野號任務完全改寫並顛覆了我們先前對於冥王星自以為是的瞭解。」NASA總部的行星科學主管吉姆·格林(Jim Green)說,「這正是我們要去探索的原因所在——為了滿足我們與生俱來的好奇心,並回答更深一層的問題,比如我們如何會出現在這裡,下一個視界之外又隱藏著什麼?」

其中一項發現是:新視野號的地質學家結合不同角度拍攝的照片,繪製出了冥王星表面的3D地圖,顯示冥王星上最有特色的兩座山峰有可能是冰火山(Cryovolcano),在最近的過去曾經活躍過(當然,這裡的最近,也是從地質歷史的角度來看的)。

「很難想像,隨著每個星期都有新數據傳回地球,我們對於冥王星及其衛星的認識會發生如此迅速的變化。這些資料中不斷湧現出來的新發現,使得冥王星成為了太陽系裡的明星。」新視野號首席研究員、美國西南研究院的艾倫·斯特恩(Alan Stern)說,「不僅如此,我敢打賭,在同一顆星球上取得我們最近作出的任意一兩項重大發現,都會讓大多數行星科學家大吃一驚。而在冥王星這一顆星球上作出所有這些重大發現,根本就是不可思議的。」

那兩座冰火山(的候選者)都是冥王星上的大型山峰,有幾萬公尺寬,好幾千公尺高。

「這兩座大山在頂峰上都有一個大洞,在地球上這通常意味著一件事情,那就是火山。」新視野號博士後研究員、NASA艾姆斯研究中心的奧利弗·懷特(Oliver White)說,「如果它們是火山,那麼頂峰的凹陷很可能就是地下有物質噴發出來之後坍塌而形成的。這些山峰側面古怪的丘狀紋理可能代表著某種火山流從山頂區域流淌到了周圍的平原地帶,但它們為什麼形如山丘,又由什麼構成,我們還不知道。」

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史潑尼克平原南側的兩座潛在冰火山。圖片來源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

儘管外觀看起來與地球上噴湧出熔岩的火山相似,冥王星上的冰火山噴發出來的應該是某種類似於泥漿的物質,比如水冰、氮、氨,或者甲烷。如果冥王星上證明確實存在火山,那就會給它的地質和大氣演化提供一條重要的新線索。

「畢竟,在太陽系如此偏遠的外側,還從來沒有看到過類似的東西。。」新視野號地質、地球物理及影像小組負責人、NASA艾姆斯研究中心的傑佛瑞·摩爾(Jeffrey Moore)如是說。


冥王星漫長的地質活躍歷史

按照新視野號團隊公佈的另外一項發現,冥王星表面的地質年齡差別極大,既有十分古老的地貌,也有相對年輕的地形。

為了冥王星表面不同地區的地質年齡,科學家統計了地表撞擊坑的數目。撞擊坑越多,這一地區的年齡可能就越老。對冥王星表面撞擊坑的統計顯示,有些地區的年齡可以追溯到我們太陽系的行星剛剛形成之後,也就是大約40億年前。

但冥王星上也有大片地區,從地質學的角度來看,就像是昨天才誕生的一樣——這意味著,那片地區可能是在過去的1000萬年內形成的。這片區域就是冥王星上那顆「心」的左半邊,被非正式命名為史潑尼克平原(Sputnik Planum),在迄今接收到的所有圖片上都看不到任何撞擊坑。

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新視野號的科學家統計了冥王星表面撞擊坑的數目,發現不同地區撞擊坑的密度差異極大。冥王星上那顆「心」的左半邊,完全沒有任何撞擊坑,表明那裡的地質年齡可能不到1000萬年。另外一些地方,撞擊坑密佈,顯示那裡的地質年齡可能與冥王星本身相當,差不多有40億年。圖片來源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

撞擊坑計數的新資料顯示,冥王星上還存在一些地質年齡適中的所謂「中年」地形。這一發現暗示,史潑尼克平原並非特例——在冥王星40多億年的絕大部分歷史上,始終都有地質活動在活躍。

「我們已經在冥王星上測繪了1000多個撞擊坑,它們的大小和樣貌都極為不同。」美國西南研究院的博士後研究員凱爾茜·辛格(Kelsi Singer)說,「我預期,類似的撞擊坑研究能夠提供重要的新線索,讓我們瞭解太陽系的這一部分是如何形成的。」


太陽系的構建原料

對撞擊坑的計數還讓新視野號團隊對柯伊伯帶本身的結構有了新的認識。冥王星及其大衛星冥衛一(Charon)表面缺乏較小的撞擊坑,表明在柯伊伯帶這片太陽系週邊尚未被人探測過的區域之中,個頭較小的天體很可能數量不多,要比一些模型預言的更少。

這讓新視野號的科學家開始懷疑長期佔據主流的一個模型,即柯伊伯帶天體是由小得多的天體(不到1000公尺寬的天體)聚集而形成的。冥王星和冥衛一上小撞擊坑的缺乏支援了其他一些模型,認為寬達幾十千公尺的柯伊伯帶天體可能是直接形成的。

事實上,許多柯伊伯帶天體可能生來就不小的證據,已經讓科學家對新視野號的下一個潛在目標興奮不已。2019年1月,新視野號將飛掠大約5萬公尺寬的柯伊伯帶天體2014 MU69。這或許會讓我們首次有機會看清構建我們太陽系的原始和古老的原材料。


冥王星衛星的旋轉與合併

新視野號任務還給我們帶來了有關冥王星奇特衛星體系的新認識。舉例來說,在我們的太陽系中,幾乎所有其他衛星,包括我們的月亮,都已經被各自的行星鎖定了自轉,使得衛星總是以一面對著行星。然而,對於冥王星的小衛星而言,情況並非如此。

冥王星小衛星的自轉要迅速得多,最遠的冥衛三(Hydra)每公轉一圈,自己就要旋轉89圈。科學家認為,這些小衛星的自轉速度可能還會變化,因為冥衛一會給它們施加一個強大的扭矩,不讓這些小衛星的自轉被冥王星鎖定。

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冥王星的四顆小衛星,其中幾顆可能是由兩顆或者更多顆衛星合併而成的。圖片來源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

冥王星衛星的另外一個古怪之處在於,科學家預料到這顆衛星會搖擺,但沒有預料到它們會搖擺到如此地步。

美國SETI學會的合作研究者馬克·肖沃爾特(Mark Showalter)說,「冥王星的衛星就像是旋轉的陀螺。」

冥王星四顆小衛星的照片還顯示,其中一些可能是兩顆或者更多衛星合併的結果。

肖沃爾特說,「我們推測,冥王星的大衛星冥衛一是由一場大碰撞產生的,由此帶來的後果便是,冥王星過去應該擁有過更多的衛星才對。」


撰文:NASA
編譯:艾麥樂
編輯:Steed
編譯來源:Four Months after Pluto Flyby, NASA’s New Horizons Yields Wealth of Discovery


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