冥王星如何保持其秘密海洋温暖

近年来，科学家收集到越来越多的证据表明，冥王星冰冷的表面下可能存在液态水海洋——对于这颗矮行星来说，这是一个不可思议的前景，它绕太阳运行的轨道比地球远 40 倍，温度降至零下 380 华氏度。这些情况引发了一个激烈的问题：如果冥王星真的存在地下海洋，它怎么可能不结冰呢？

就像保温瓶的设计是为了将热咖啡与外界寒冷元素隔离开来一样，冥王星也保留了自己的隔热技巧，使其全球海洋保持温暖（相对而言）。在周一发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究中，一组行星科学家证明，这颗矮行星表面的冰壳下面可能存在一层气体，能够为海洋提供保暖隔热层，并将温度保持在足够高的位置，使物质保持液态。这些发现有助于解开许多相互矛盾的谜团，为科学家们提供了迄今为止最好的解释，解释了太阳系最奇特的天体之一的表面之下正在酝酿什么。

我们没有直接观测到所谓的地下海洋，但​​有两条主要证据支持其存在。首先，理论计算表明，冥王星内部岩石的放射性衰变会产生足够的热量来维持地下海洋。其次，存在与地下海洋一致的地质特征，例如海洋重新冻结产生的裂缝。

冥王星最令人回味的区域之一被称为斯普特尼克平原，这是赤道附近的一个大盆地，也是冥王星著名的苍白“心形”表面构造的西叶所在地。除非是高密度区域，否则赤道附近不会形成盆地。由于斯普特尼克平原是一个洞，因此物质必须位于地下；由于冰的密度小于水，因此在薄薄的冰层下面存在一个深水池是合情合理的。因此，如果冥王星某处有一个地下水库，那么斯普特尼克平原就是您要寻找的地方。

这正是 Shunichi Kamata 所想的——如果科学家们能首先解决一个矛盾。Kamata 是日本北海道大学的一名研究员，也是这项新研究的主要作者，他说，海洋可能是冥王星内部温暖的迹象，但如果内部温暖，这颗行星的冰壳就会足够柔软，容易变形，产生足够的冰流，使外壳变形为均匀的全球形状。斯普特尼克平原的存在违背了这一预期，Kamata 和他的团队想知道其中的原因。

加州大学圣克鲁斯分校行星科学家、这项研究的合著者弗朗西斯·尼莫 (Francis Nimmo) 表示，他和其他人之前认为海洋的存在与氨浓度有关，氨浓度赋予海洋防冻特性并阻止冰流。“这让每个人都有点不舒服，”尼莫说。“这么多的氨不太可能存在。所以这项新研究试图解释冰流的缺乏，而不必向海洋中注入大量防冻剂。”

Kamata 开始尝试找出一个可以协调所有不同过程的模型，最终，他意识到他的计算需要考虑气体的存在。

虽然“隔热”是理解这一现象的简单方法，但这种气体的工作原理与塞在干式墙内的隔热材料不同。冰形成时，其分子结构会凝固并膨胀成晶体。有时，气体分子会被困在冰的“笼子”中，称为包合物。包合物形成后，冰的隔热性能会提高 10 倍。它们能够保持海洋温暖，冰壳凉爽，从而防止冰流动。

“水合物看起来和普通的冰很像，但如果你点燃它们，它们会燃烧得非常好，”尼莫说。这些水合物中的气态分子被认为是甲烷，大部分被水包围。水合物可能是在冰壳慢慢变厚时捕获从下方冒出的甲烷分子而形成的。“气体分子来自哪里是个好问题，”他说，“它们可能是冥王星最初形成时留下的，也可能是在冥王星硅酸盐核心变暖时发生反应而形成的。”

Kamata、Nimmo 和他们的同事通过计算机模拟验证了这些模型，这些模拟考虑了冥王星内部温度的演变以及冰壳表面形状的演变。如果没有水合物，海洋会在 10 亿年前结冰，冰壳也会在不久后变平。“它可能会变成一个巨大的彗星状物体，”Kamata 说。相反，这种机制对地下海洋的未来来说是个好消息，它可以让海洋在未来数十亿年内保持液态，并让上面的冰保持坚如磐石的坚韧。

这是一个很好的解释，但这些模型只是模型，而不是证据。“有更明确的测试通常用于检测地下海洋，但​​目前我们无法进行任何测试，要么因为我们没有数据，要么因为冥王星不配合，”尼莫说。“例如，你可以通过寻找它的磁感应特征来探测海洋——但冥王星没有磁场。或者你可以通过比较测量的重力和地形来寻找海洋——但这需要轨道航天器才能做到。”

即使有海洋，潜在的气体缓冲区本身也更难研究。由于斯普特尼克平原是一个质量过剩的区域，我们可以使用轨道仪器测量其周围重力场的变化。原则上，如果我们有一个非常强大的雷达系统（未来的欧罗巴快船任务在研究木星卫星时将拥有的东西），我们可能能够通过冰壳对气体进行成像。我们甚至可能通过测量冥王星大气层周围流动的气体分子来获得被捕获的水合物的线索。但总的来说，要证明在数十亿英里之外的 100 英里冰盖下面有一层水合物远非易事。

但至少现在科学家对他们可能要关注的事情有了更多的方向。冥王星内部隐藏着一些东西，深空科学的新时代迟早会发现它是什么。