研究表明,这个地下海洋已经存在了数十亿年。
图解:这里存在水。冥王星,新视野号于2015年飞掠冥王星时拍摄。
NASA/JHUAPL/SWRI 拍摄
科学家们认为,冥王星地壳的底部可能含有一层形态奇异的冰层,这被称为气体水合物,自太阳系诞生以来,它就隔离并保护着这颗矮行星的地下海洋。多年来,科学家们一直假设冥王星可能曾经有过一个地下海洋,并认为其是由于巨大的卫星卡戎(Charon)旋转进入现在的轨道时,潮汐加热导致冰层融化而形成的。
一旦达到目前这种冥王星和卡戎永远以同一面面对彼此的状态,就像地球的卫星月亮永远只有同一面对着我们一样,这时潮汐加热应该已经停止,海洋应该已经冻结成固体。然而,2015年NASA的星际空间探测器新视野号掠过冥王星时提供了强有力的线索,表明水仍然存在。
这些线索显示,斯普特尼克平原的巨大盆地——冥王星著名的“心脏”的西叶——似乎存在重力异常现象,对此最好的解释就是地下海洋的存在。日本札幌北海道大学的行星科学家鎌田俊一(Shunichi Kamata)认为,这意味着必须存在某种东西将冥王星表面低于冰点的温度条件与地下海洋隔离开来,这种东西最可能是气体水合物。
气体水合物是冰的一种形态,它结晶呈笼状,可以捕获甲烷等气体,形成微观的冰“沙滩球”状的分子。它们通常是在高压条件下形成的,存在于地球深海底部天然气渗出点附近,它们可以从海底被带到地表并点燃,在官网上的展示中证明它们与普通冰差异巨大。
鎌田俊一教授表示,气体化合物是很好的绝缘体,只要在冥王星冰壳底部存在几公里厚的气体化合物就足以在数十亿年里提供防止地下海洋结冰所需的绝缘层。他补充道,很重要的一点是气体水合物层必须覆盖整个地下海洋,而不只是存在于局部区域。他表示:“如果它是局部的,那么热量就可以从没有覆盖到的区域逃逸。”其他科学家对此也很好奇。
“这真的很酷,”加利福尼亚州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家罗伯特·帕帕拉多(Robert Pappalardo)表示。他说,我们一直都知道,在像冥王星这样的所谓冰冻世界,冰不是纯粹的水质的冰,但由于我们不能很好地估计其他物质的含量水平——他称之为“杂质”——就很容易作出这些冰是纯水的简单假设。 “但当你开始思考其他可能存在的物质时,就像打开了一扇新大门。” “你不能忽视它,”他继续说道。“它确实可以帮助解释一些原本很难解释的现象。
“我喜欢这些把我们熟知的基本现象应用到奇怪地方的假设模型,然后突然灵光一现‘哦,为什么我们没想到呢?’,这就是一个例子。”密苏里州圣路易斯华盛顿大学的行星科学家威廉·麦金农(William McKinnon)对此表示赞同。他表示,目前还无法证明冥王星上是否存在气体水合物。 “它们(气体化合物)在低压下会分解,”他说,“这就是迄今为止它们还没有在行星表面被直接探测到的原因。”
然而,他补充道,冥王星应该是由“大量”的甲烷和二氧化碳组成的,“这二者都是现成的包合物形成组分。(包合物是其中一个组分的分子被限制在另一个组分的晶体结构中而形成的化合物。)如果冥王星上存在这样的物质,按理说其他系外天体也会有这样的物质,不仅包括木星和土星的卫星,还可能包括其他大型柯伊伯带天体,它们离太阳的距离甚至比冥王星还要远。
鎌田俊一教授说道:“因此,(宇宙中)存在的海洋数量可能比从前所认为的要多得多。”帕帕拉多也补充道:“这就是有趣的点。归根结底我们是在太阳系中寻找水。令人印象深刻的是,可能有方法能够以非常基础的方式在长时间尺度上保存海洋,比如‘只是加一点甲烷’。”
谁知道呢?“液态水很重要,但不是生命的唯一要素,”对此,鎌田俊一教授这样回答。“我希望下一步是去思考,冥王星的海洋是否满足生命存在的其他条件。”研究人员在《Nature Geoscience》杂志上发表了他们的发现。
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Richard A. Lovett- Kylin- cosmosmagazine
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