使用数学模型和新视野号航天器的图像来窥视冥王星的海洋

野号航天器的图像来仔细观察冥王星可能覆盖在厚厚的氮气、甲烷和水冰外壳下的海洋。图片来源：美国宇航局

得益于华盛顿大学圣路易斯分校艺术与科学系地球、环境与行星科学研究生 Alex Nguyen 的最新计算，冥王星冰冷表面之下深处的液态水海洋逐渐清晰可见。

在《伊卡洛斯》杂志上发表的一篇论文中，Nguyen 使用数学模型和 2015 年经过冥王星的新视野号宇宙飞船拍摄的图像来仔细观察可能覆盖在厚厚的氮、甲烷和水冰外壳下的海洋。。

休斯顿月球与行星研究所的帕特里克·麦戈文是该论文的合著者。

几十年来，行星科学家一直认为冥王星无法支撑海洋。表面温度约为-220°C，这个温度如此之低，甚至像氮气和甲烷这样的气体也会冻结成固体。水应该没有机会。

“冥王星是一个很小的天体，”正在攻读博士学位的阮说。作为奥林校长研究员和国家科学基金会研究生研究员在华盛顿大学进行研究。 “它应该在形成后不久就失去了几乎所有的热量，因此基本计算表明它的核心被冻结成固体。”

但近年来，包括艺术与科学系地球、环境和行星科学教授威廉·B·麦金农在内的著名科学家收集到的证据表明，冥王星冰层下可能存在液态水海洋。这一推论来自几条证据，包括冥王星喷出冰和水蒸气的低温火山。尽管仍然存在一些争论，但“现在人们普遍认为冥王星有海洋，”阮说。

这项新研究更详细地探索了海洋，即使它在冰层以下太深，科学家们无法看到。阮和麦戈文创建了数学模型来解释覆盖冥王星人造卫星普拉蒂纳盆地的冰层的裂缝和凸起，该盆地是数十亿年前流星碰撞的地点。他们的计算表明，该地区的海洋存在于 40 至 80 公里厚的水冰壳之下，这是一层保护层，可能可以防止内海结冰。

他们还根据上方冰层的裂缝计算了海洋的密度或盐度。他们估计冥王星的海洋密度最多比地球海水高 8%，大致相当于犹他州的大盐湖。如果你能以某种方式到达冥王星的海洋，你就能毫不费力地漂浮起来。

正如阮解释的那样，这种密度水平可以解释地表上看到的大量裂缝。如果海洋的密度明显降低，冰壳就会塌陷，产生比实际观察到的更多的裂缝。如果海洋密度更大，裂缝就会更少。 “我们估计了一个金发姑娘区，那里的密度和壳厚度都恰到好处，”他说。

航天机构没有计划很快返回冥王星，因此它的许多谜团仍将留给未来几代研究人员。阮说，无论它被称为行星、小行星，还是仅仅是太阳系外围的众多天体之一，它都值得研究。 “从我的角度来看，它是一颗行星。”