@ 2018.05.30 , 11:00

冥王星或许是由10亿颗彗星构成的

冥王星或许是由10亿颗彗星构成的
NASA/霍普金斯大学应用物理实验室/Southwest Research Institute

冥王星或许不再被看作是一颗行星,但它依然拥有迷人的魅力。这种矮行星是怎么形成的,为什么它与行星如此不同?通过分析其化学成分,研究人员提出了一个新颖的想法:冥王星由彗星构成的。

根据目前公认的模型,宇宙中聚在一起的质量,因为自身引力作用摊平并形成了一个原行星盘,其他的质量逐渐加入,最终成为一个球体——位于柯伊伯带小行星场旁边的冥王星一直被认为也是以相同的方式形成的。所以故事的这一部分并不没有新鲜感。

但是冥王星和彗星67P/Churyumov-Gerasimenko之间有许多相似之处,西南研究所(SwRI)的科学家认为这可能不是巧合。特别是发现冥王星的斯普特尼克平原Sputnik Planitia中存在着大量的结成冰的固态氮气。

感谢冥王星探测器New Horizons和Rosetta,后者是发射到彗星67P进行研究的太空探测器,我们获得了关于冥王星和彗星的第一手资料和前所未有的丰富数据。

“我们已经开发出了所谓的‘彗星组成的巨型彗星’的宇宙化学模型,”SwRI空间科学与工程部的地球化学家Christopher Glein说。

“我们发现,如果将冥王星当作是由大约10亿颗彗星或者其它柯伊伯带上星际物质积聚而成的天体,那么斯普特尼克平原上的氮储量占比与就与来自Rosetta的数据相一致。”

冥王星上的氮与泰坦星上的甲烷或地球上的水类似——负责塑造矮行星地表的关键挥发性物质。由于冥王星的超低温导致物质只有很小的粘性,固态氮气能够像地球上的冰川一样流动——侵蚀基岩并改变地貌形状。

地球的大气含氮量约为78%(幸亏这里并不像冥王星那么冷,所以它们还是气态的),但冥王星约为98%。所以含有如此丰富的固态氮和气态氮,在矮行星中很不同寻常。

以前,科学家们认为氮元素可能来自落在冥王星上的彗星——但这种模型并不能解释它的绝对数量。

除传统彗星模型之外,研究人员还分析了另一种模型:冥王星的成分类似于构成太阳的物质,只不过质量很小,结成了寒冰。通过检验这些模型,他们希望更好地了解冥王星,计算出流失到附近的空间中的氮元素含量。

他们还需要解释冥王星大气中的一氧化碳来源,而且这两种模型都无法解释这种化学物质为什么这么稀少。

Glein说:“我们的研究表明,冥王星最初的化学成分,是从彗星构造块中继承,被液态水化学改性,甚至在地下海洋中进行化学改性。”

在彗星模型下,冥王星可以捕获缺失的那部分一氧化碳,将它们冻结在地表下。研究人员说,因为彗星模型下对于缺失的一氧化碳做出了更好的解释,所以它似乎比太阳模型更具可能性。

当然,现在都是假设,正如研究人员所说的那样,在未来的分析中会出现“对许多必须解决的问题的崭新理解”,比如彗星67P上的氮的丰度是否可以代表其他彗星,以及液态水在冥王星挥发物演化中的作用。

Glein说:“这项研究完全建立在New Horizons和Rosetta任务的巨大成功之上,进一步深化我们对冥王星的起源和演化的理解。

“用化学作为名侦探的工具,我们能够解释冥王星今天所呈现的某些特征,推导之前的形成过程;这让我们对冥王星丰富的个人史有了全新的认识。”

该论文已被发表在杂志《伊卡洛斯》Icarus上,并可在arXiv上阅读全文。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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