天文突破!冥王星的地貌景觀與地球驚人相似

對《新視野》2015年冥王星飛躍所收集數據的最新分析表明,有類似地球的雪山和甲烷冰制成的冰川的潛力的證據。


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當冬季的降臨,地球的山峰也被冰雪覆蓋,它們看起來似乎與距離太陽32億英里遠的地球山脈景象并無二致。2020年10月13日發表在《自然》雜志上的一篇論文描述了冥王星。該研究的作者提出,冥王星東部Cthulhu地區的Pigafetta和Elcano Montes存在一些雪頂:
與陸地上的高山景觀驚人的相似。


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以上發現的數據都由遠程偵察成像儀和多光譜可見成像相機在2015年收集,而這些設備都在NASA的New Horizons航天器上。

Tanguy Bertrand是美國宇航局Ames Research Center的博士后研究員,也是這項研究的帶頭人,他解釋了研究團隊如何得出冥王星與地球相似的結論:

我們分析了從表面獲取的光譜,通過實驗室的模型擬合這些光譜,從而了解表面的成分。


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這并不是第一次從“新視野”號的數據中發現冥王星表面的冰質。2017年,GlacierHub報道了在冥王星的Tartarus Dorsa區域發現了冰磧星(penitentes),冰磧星是由凍結的甲烷和氮組成的鋸齒狀尖頂。然而,這一新發現是迄今為止我們所獲得的最完整的地貌圖像,
它與地球地貌如此相似。


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雖然Pigafetta和Elcano Montes的冰山峰看上去與地球的雪山相似,而在冥王星上形成冰的過程與在地球上形成冰的過程截然相反。
隨著時間的流逝,積雪形成了地球上的冰川和冰原。 海拔越高,地球溫度越低,因此高聳的山峰保持寒冷,積雪成冰。而在冥王星上,大氣層稀薄,表面始終保持寒冷,當太陽溫暖它稀薄的大氣層時,溫度反而會隨著海拔的升高而升高。
冥王星上的冰不是由水形成的,而是由凍結的甲烷(有時是氮氣)氣體行成的。冥王星不具備地球上的天氣條件,所以它既不下雪也不刮風。冥王星的冰不是來自雪,而是由甲烷霜形成的,甲烷霜是水蒸氣直接凝結而成的。




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這是來自2015年來自新視野飛越的圖像,以及Pigafetta Montes的放大圖像。 右側的彩色部分表示發現甲烷冰的區域。 圖片來自NASA Ames研究中心。

在溫暖、高海拔區域,冥王星的大氣含有更多的氣態甲烷。 這使氣體直接飽和并凍結在足夠高的山頂,從而形成富含甲烷的區域。



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當甲烷霜在冥王星的高峰上積聚時,很可能會積聚成厚實的冰,就像地球上的積雪一樣。但在地球上,冰是會融化的,而在冥王星,唯一能分解冰的因素是升華,即一種物質(在這種情況下是甲烷)直接從固態變為氣態的過程。目前尚不清楚冥王星山冰的確切厚度,但很可能累計的冰比升華的冰多。

冥王星上可能有厚厚的甲烷冰層,但是它們能像地球上冰川那樣移動嗎? 在重力作用下,地球上的冰川會被觸發滑動從而形成冰川。 冥王星上的厚冰要符合冰川的標準,就需要發生相同的下坡運動。 一定質量的冰才能觸發下坡運動,而冥王星的條件極有可能使這一積累過程變得緩慢。


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盡管目前尚不清楚Pigafetta和Elcano Montes區域甲烷冰的當前厚度,但行星科學研究所的資深科學家Jeffery Kargel估計,在冥王星的低引力作用下(這僅是地球引力的6%),冰需要 大約100米(330英尺)厚度才能被觸發下坡流動。

在冥王星上,累積的冰層長時間覆蓋在星球表面。卡格爾報告冰川中心,冥王星年可能會增加5毫米的甲烷冰,要形成100米厚的甲烷冰川,大約需要20000冥王星年(接近500萬地球年)的時間。與之相反,在地球上短短100年的時間里就可以積累起足夠形成冰川的降雪量。



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藝術家繪制的火星冰川圖圖片來自美國宇航局噴氣推進實驗室

盡管在冥王星上形成冰川需要很多年的時間,但是伯特蘭和卡格爾都認為,這顆矮行星上可能確實存在冰川。卡格爾表示,在宇宙和我們所處的太陽系中,以某種化學形式發生的冰川作用可能并不罕見。冰川作用會使大量由大氣輸送而來的冰磧物,在重力作用下流動。

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