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探冥王星表面获重大突破 百公里深处或存地下海

http://www.kexue.com 2011-11-27 09:21:42 腾讯科学  发表评论


当“新视野”探测器距离冥王星表面12500公里之内,将拍摄到62米每像素的高分辨率图像

  据美国物理组织网站报道,当美国宇航局“新视野”探测器于2015年抵达冥王星上空时,拍摄的图像将帮助天文学家确定是否这个寒冷表面之下隐藏着神秘海洋,从而揭晓太阳系除地球之外其他星球存在液态水的新证据。但同时该探测器的显著勘测能力将鉴别冥王星表面之下是否存在海洋。

  当“新视野”探测器距离冥王星表面12500公里之内,将拍摄到62米每像素的高分辨率图像,然而即使该探测器最远距离的拍摄图像也比哈勃望远镜清晰十倍。这颗矮行星表面纵深超过80米的山脊和凹谷都能被清晰地识别出来。此外,这颗矮行星还可能具有类似于土卫二和海卫一表面发现的间歇泉结构。

  冥王星表面是由细薄的氮冰壳覆盖在冰水层之上,加利福尼亚州大学圣克鲁兹分校行星科学家吉约姆-罗布匈(Guillaume Robuchon)和弗朗西斯-尼莫(Francis Nimmo)希望发现是否海洋真实存在于这个冰壳星球之下,以及该星球表面可能形成的海洋可见信息。

  罗布匈和尼莫模拟了这颗矮行星的热量进化,并研究了其表面冰层的变化特征,从而洞悉冥王星表面是否受到可能存在地下海洋的影响。

  如果冥王星不存在海洋将表现出非常容易识别的特征,当球状星体旋转时,角动量倾向于推动物质朝向赤道,形成一个膨胀凸出部分。如果冥王星拥有一个液态层,冰水物质将流动,从而减少赤道的膨胀凸出部分。因此,当冥王星非常快速地旋转时,“结冰”原生膨胀区域的出现将表明缺少海洋。

  尼莫说:“如果膨胀区域存在,将大约10千米高,因此很容易被探测到。”新视野探测器项目科学家海尔-韦弗(Hal Weaver)同意尼莫的观点,他指出,新视野探测器拍摄的图像将能非常准确地测量冥王星的外形结构。

  罗布匈和尼莫模拟了这颗矮行星的热量进化,并研究了其表面冰层的变化特征,从而洞悉冥王星表面是否受到可能存在地下海洋的影响。

  新视野探测器发射于2006年,预计2015年4月份将抵达冥王星上空。除了勘测冥王星的轮廓,该探测器还将研究这颗矮行星的温度、大气层成份以及环绕遥远该遥远星体周围的太阳风。

  冥王星的表现特征以及成份将是勘测目标,该星球的表面特征将揭晓其表面之下的秘密。伴随着冥王星在其生命历程中逐渐降温,温度变化将导致该星球的体积发生变化,形成表面压力。将这些特征进行分类将揭晓是否这颗星球表面之下存在着海洋。当冰层被延伸时,冰壳之下的冰水将产生张力,当冰层被压缩时,固体物质层将意味着产生压缩作用力。像这样的特征将遍布整个星球,而不是仅存在于特定的区域。

  以上是最理想的勘测计划,这是因为新视野探测器并不能完全绘制出冥王星的整个表面,该探测器仅能掠过这颗冰冷矮行星上空,但在抵达距离冥王星最近点之前3个月该探测器便能对这颗星球进行勘测拍照。

  韦弗解释称,新视野探测器将绘制出冥王星的整个日照面,但仅当该探测器飞越所面向的半球时能绘制出最高清晰度的图像。

  当新视野探测器距离冥王星表面12500公里之内,将拍摄到62米每像素的高分辨率图像,然而即使该探测器最远距离的拍摄图像也比哈勃望远镜清晰十倍。这颗矮行星表面纵深超过80米的山脊和凹谷都能被清晰地识别出来。此外,这颗矮行星还可能具有类似于土卫二和海卫一表面发现的间歇泉结构。

  冥王星与太阳之间的距离平均是地日距离的40倍,冥王星看上去不太可能存在表面海洋,甚至是地下海洋。但是表面以下的热量可能熔化冰层。

  主要能量来源可能来自这颗矮行星的岩石内部,其内部同位素遭受放射性衰变。研究人员发现钾起到关键性的作用,冥王星内核区域拥有足够的钾来溶化其上方的冰层。现有证据表明,冥王星钾元素含量大约是早期太阳系陨星含量的十分之一。

  尼莫说:“我认为冥王星拥有足够数量的钾元素来维持一个地下海洋。”形成这种地下海洋的一个重要影响因素是冰层粘性,或者多少的冰层可抵挡液态水流动。泥泞的冰壳将吸收下面水资源的热量,导致地下海洋结冰,然而一个更加固态化、高粘性冰壳则不会这样。

  依据这项研究模型,全球性地下海洋将位于表面之下大约165公里处,位于相同厚度冰壳之下。

  逐渐增多的宜居区域

  众所周知,水是生命存在的必要条件,因此聚焦研究环绕恒星的宜居区域主要判断依据是液态水资源,以及岩石行星表面区域是否有允许液态水存在的适宜温度。

  在我们太阳系中,木卫二、木卫三、木卫四可能在冰冷表面之下存在着海洋,土卫六也可能存在着地下液态海洋。

  据尼莫称,冥王星不可能存在生命体,这是因为生命所必需的有机营养物质很可能在过去已被过滤。然而,如果这颗矮行星表面之下存在海洋,那么位于柯伊伯带的其他星体则超出之前的猜测,潜在更适宜居住。

  尼莫说:“这些小行星很可能也存在海洋,它们的体积与冥王星相近。它们将不仅包含着液态水资源,还存在着冥王星所缺乏的神秘生物。”(悠悠/编译)

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