寒冷的冥王星可能有一个温暖的开始

如今，矮行星冥王星是一个寒冷的世界，表面温度低于 -370 华氏度。但冥王星在几十亿年前形成时却截然不同。在 6 月 22 日发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究中，科学家提出，冥王星并非从一开始就很冷，而是经历了一段相对温暖的时期。这意味着冥王星的液态海洋在其形成早期就出现了，它被锁在数十至数百英里厚的冰壳之下。

亚利桑那州立大学坦佩分校的天体物理学家 Steven Desch 表示，这些新发现具有深远的影响，他并未参与这项研究。“直到大约 20 年前，每个人对柯伊伯带的看法都是，柯伊伯带充满了非常寒冷的物体，这些物体几乎比彗星大不了多少，而且自太阳系诞生之初就处于原始状态……人们只是认为它永远处于冰冻和死亡的状态，”他说。新发现为冥王星及其邻居提供了一幅更加动态的画面。“我们开始第一次看到行星通常是如何生长的，以及外太阳系事物发生的速度有多快。”

2015 年 7 月 14 日，美国宇航局的新视野号成为第一艘近距离探索冥王星的航天器。新视野号飞到了距离冥王星表面约 4800 英里的地方——足够近到可以拍摄到这颗矮行星的详细照片。这些图像揭示了冥王星冰壳中的长断层，可以提供有关其历史的线索。

“这项研究的主要目标是试图弄清楚，从我们今天看到的地表地质情况中，我们能了解到冥王星是如何形成的？”加州大学圣克鲁斯分校的行星科学家、新发现的合著者卡弗·比尔森说。“我们思考了冥王星在太阳系历史上的演化过程会如何因它的起源而有所不同。”

他和同事们用计算机模拟了两种不同情况下冥王星海洋随时间的变化情况。一般来说，研究人员认为冥王星最初是岩石和冰的冰冻混合物。随着时间的推移，这颗矮行星核心中元素放射性衰变产生的热量将使表面冰下形成液态海洋。

“随着冰融化，冥王星会收缩和压缩，”比尔森说。但如果冥王星最初很冷，他说，这些力量不太可能形成新视野号照片中捕捉到的表面特征。“在冥王星上，我们看到许多非常宽的裂缝，看起来地面基本上被拉开了。”

比尔森和他的团队推测，更合理的情况是，冥王星的形成时间只有 3 万年，当时只有几英寸宽的岩石在自身引力的作用下向行星方向移动，撞击着这个新生世界的表面。“撞击通常就像爆炸一样；它们会释放出大量能量，这将使附近区域变暖，”比尔森说。“如果冥王星形成得很快，就会有撞击层层叠加，你会一遍又一遍地让同一区域变暖，直到开始融化冰层。”

研究人员推测，这些水的温度可能一直保持在略高于冰点的温度，有点像地球上全年被冰覆盖的南极冰下湖。最终，随着冥王星冷却，其冰盖下的部分水会结冰。结冰时水会膨胀——就像水瓶在冰箱里放得足够久后会膨胀甚至破裂一样。

“这种热启动是更可能的情况；看起来冥王星在整个太阳系历史中一直在膨胀，”比尔森说。然而，他补充说，新视野号在飞驰而过时只能捕捉到冥王星表面大约四分之一的细节。因此，科学家们看到的构造特征可能并不代表这颗矮行星的整个表面。

但如果冥王星确实有一个温暖的开始，那么柯伊伯带（海王星轨道外的冰体环）中的许多其他天体很可能也以类似的方式形成，并且可能也相当快地形成了液态海洋。这个过程会影响这些天体是否适合生命生存；随着时间的推移，液态海洋会与其下方的岩石发生化学反应。不过，这是否能创造出适合生命的化学成分仍是一个悬而未决的问题。

“[冥王星的历史] 为我们提供了另一个思考生命可能存在的环境，”比尔森说。“但我们需要更多地了解生命发展和维持所需的条件，才能真正说明冥王星曾拥有生命的可能性有多大。”