天文学家发现冥王星冰封地表下或存巨型海洋(图)

伤我心太深

据物理学家组织网站11月29日报道，现在美国宇航局的“新地平线”号冥王星-柯伊伯带探测器正在高速飞向它的目的地，当2015年最终抵达时，它拍摄的图像将帮助科学家们最终确定在冥王星冰封的地表之下是否存在着一个液态海洋。根据最新的研究，科学家们认为冥王星地下存在液态海洋是完全有可能的，并且为探测器提供了一些用于现场判定这种可能性的一些地表特征供参考。
　　冥王星的地表被一层薄薄的固态氮冰覆盖，其下方还有一层水冰。美国加州大学圣克鲁兹分校行星科学家古莱姆·罗布奇恩(Guillaume Robuchon)和弗朗西斯·尼莫(Francis Nimmo)希望找出线索以便判定冥王星的地表之下是否确实存在这样一个海洋。现在，他们需要设想假如真的存在这样一个地下海洋，在冥王星的地表之上应当会有哪些可以借以进行判断的线索。他们对冥王星的热演化模型和它的冰壳行为进行研究，试图找出这样一个地下海洋的存在可能会对地表环境产生的影响。
　　搜寻表面
　　讽刺的是，最容易进行判断的一点是对这一设想的否定判决。当一个球形物体自转时，离心力会让物质显示出逐渐向其赤道地区靠拢的趋势，从而是物体呈现赤道地区略微突起的形状。如果冥王星内部真的存在一个地下海洋，由于冰会流动，它会削减这种突起效应。并且冥王星在形成初期的自转速度要比现在快得多，如果冥王星快速自转时代形成的明显突起至今仍然保留着，那么很明显，它并没有显示出冰地流动性导致的突起削减效应，那么也就说明冥王星的地下没有这样一个海洋。
　　尼莫说：“如果这样一个突起存在，它的高度应当为10公里左右，因此应当非常容易被探测到。”对此，新地平线探测器项目科学家海尔·韦佛(Hal Weaver)表示同意，他说：“新地平线探测器的成像系统将能非常精确地确定出冥王星的形状。
　　新地平线探测器于2006年发射升空，将于2015年4月份抵达冥王星。除了对冥王星的地形进行精确勘察之外，它还将探测冥王星的温度，大气成分以及冥王星附近空间的太阳风活动特性等相关数据。冥王星的地表特征以及化学组成也将是重点考察的目标。这些考察获得的数据将为科学家们判断其地下物质组成提供依据。
　　冥王星形成至今温度不断变化，相应地，它的体积也不断发生变化。这样的结果便是其地表将出现诸多开裂或聚合带，这是地表应力积累 的表现。对这些地表应力作用特征的考察将帮助我们了解其地下的有关信息。由于冥王星冰壳的膨胀和收缩会产生热量，从而让其地下存在液态水成为可能。这种地表裂隙甚至可能纵贯全球，而非仅仅分布在局部地区。
　　不过这些想法都是在理想状态下才能得到确证，因为此次的新地平线探测器并不能完成对整个冥王星表面的测绘工作。由于轨道设计上面临的巨大困难，新地平线号探测器将仅仅从冥王星附近高速飞过，不过成像工作在接近冥王星之前3个月便将全面展开。
　　韦佛表示：“新地平线号探测器将拍摄冥王星表面所有被阳光照亮的部分。但是仅有当探测器经过时恰好正对着镜头的那一部分区域将可以获取高分辨率图像。”
　　对冥王星的最高清晰度成像性能可以达到每像素62米，当新地平线号探测器抵近到距离这颗矮行星表面不足12.5万公里时可以达到这样的分辨率。其他在更远距离上拍摄的图像，尽管分辨率要低一些，但是仍然要比哈勃空间望远镜拍摄的最高质量图像要清晰10倍以上。地表大约超过80米的突起或凹陷都将可以被分辨出来。
　　其它可能会遭遇的发现还包括类似在土卫二以及海卫一上所观察到的那种“太空间歇泉”喷发现象。
　　矮行星上的水
　　冥王星距离太阳的平均距离比地球远40倍以上，在这样一个遥远寒冷的微小星球上，似乎并不是一个寻找海洋存在的好地方，即便是在地下也是一样。但是冥王星内部产生的热量却有可能帮助融化冰雪，让海洋的存在变的可能。
　　冥王星内部的主要能源来自其岩石内核，其中所含的放射性同位素逐渐衰变，产生热量。其中钾元素尤其关键，科学家们认为冥王星的内核如果含有足够数量的钾同位素将导致上覆的冰层出现融化。
　　这种情况看起来还是很有希望的：计算显示融化冰层所需的放射性钾元素丰度大约仅需早期太阳系形成的陨石中丰度的1/10左右。尼莫表示：“我认为冥王星很有可能在其内部保存有足够量的放射性钾，其衰变产热允许其保有一个地下海洋。”
　　对海洋的存在产生影响的一个很重要的因素是冰的粘滞性，也就是冰的流动性。如果冰层的粘滞性较小，它就会消耗掉从内部传导出来的 热量，最终导致形成的地下海洋冰封;相比之下，如果冰层比较坚固，粘滞性较大，那么它就将能比较好地保存内部传导出来的热量。
　　根据模型计算，科学家们认为这样一个位于冰层下方的地下海洋的深度大约有100英里(约合165公里)，而其上覆的冰层厚度也大致相当。
　　扩展宜居带范围
　　科学家们一直以来将液态水视作生命存在的必要条件，因此我们过去对宇宙中生命线索的追寻在实质上都是对水的寻找。我们考察其他恒星的周遭环境，并根据液态水能够稳定存在的温度范围划定了所谓的“宜居带”。
　　但是在我们生活的太阳系中，已经有证据表明液态水并非仅仅存在于我们所划定的“宜居带”之中。木星的三颗卫星——木卫二，木卫三和木卫四都显示出其地下存在液态水海洋的线索，而土星最大的卫星—— 土卫六也显示相似的迹象。不过尼莫认为在冥王星上存在生命的可能性不大，因为他认为构成生命所必须的有机物质在这里非常缺乏。
　　然而，一旦我们证明冥王星的地下确实存在一个巨型海洋，那么久有理由认为其他在柯伊伯带运行的冰冻天体上夜有可能存在着相似的现象，这也就大大扩展了我们传统意义上认为是“宜居”的定义范围。
　　尼莫说：“几乎可以肯定地说一些其他柯伊伯带天体地下也会存在海洋，因为它们的体积几乎和冥王星一样大。”并且在这些天体上可能不仅存在和冥王星上类似的地下海洋，同时也具备冥王星所缺乏的构成生命的一些关键性化学元素环境。