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      從冥五星到“萌”王星

      2019-08-16 13:06鄭永春
      中國(guó)科技教育 2019年6期
      關(guān)鍵詞:新視野冥王星平原

      鄭永春

      美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)發(fā)射的“新視野號(hào)”探測(cè)器有一個(gè)重要的使命,那就是探測(cè)冥王星及其衛(wèi)星,此后繼續(xù)飛往深空,探測(cè)柯伊伯帶的其他天體。2015年7月14日19:49(北京時(shí)間),經(jīng)過(guò)9年半、50億千米的飛行,“新視野號(hào)”終于抵達(dá)最接近冥王星的位置,為它拍攝了一張迄今為止最為清晰的照片。雖然已經(jīng)不再是行星,但冥王星表面可愛(ài)的心形圖案十分矚目,照片一經(jīng)發(fā)布就引發(fā)了公眾在社交平臺(tái)上的爭(zhēng)相轉(zhuǎn)發(fā)。人們腦洞大開(kāi),在冥王星照片上再創(chuàng)作。過(guò)去了無(wú)生趣的冥王星一躍成為“萌王星”。

      “新視野號(hào)”的新發(fā)現(xiàn)

      天文學(xué)上用星等表示星星的亮度,星等數(shù)值越小說(shuō)明星越亮,星等數(shù)相差1,星的亮度相差約2.512倍。天空中肉眼所能看到的最暗的星為6等星,而冥王星的亮度為13.64~16.3星等,肉眼完全不可見(jiàn),只能依靠望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)到。

      長(zhǎng)久以來(lái),冥王星都是太陽(yáng)系最神秘的行星。因?yàn)樗x我們極為遙遠(yuǎn),沒(méi)有任何探測(cè)器近距離探測(cè)過(guò)它;在“新視野號(hào)”之前,人類(lèi)得到的最清晰的冥王星圖像是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡提供的。但即使是這張最清晰的圖像,也難以看清冥王星的細(xì)節(jié)部分。人們對(duì)冥王星的地形、化學(xué)成分等幾乎一無(wú)所知,直到“新視野號(hào)”探測(cè)器靠近并飛越冥王星。

      “新視野號(hào)”拍攝了大量珍貴的高清晰度圖片,然而由于相距遙遠(yuǎn),這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸速度很慢,每秒鐘只有1.68 kb,所有數(shù)據(jù)傳回地球需要?dú)v時(shí)近一年半。盡管漫長(zhǎng)的等待很是煎熬,但科學(xué)家十分期待這些數(shù)據(jù),有了它們,人類(lèi)將重新認(rèn)識(shí)冥王星。

      “新視野號(hào)”探測(cè)器飛越冥王星時(shí),最近距離只有1.25萬(wàn)千米,是地球與月球之間距離的1/30,相當(dāng)于從上海用望遠(yuǎn)鏡看美國(guó)的舊金山。雖然有些人還不滿意,但這么近的距離已經(jīng)是空前的了,“新視野號(hào)”由此獲得了冥王星的大量細(xì)節(jié),讓它從此前望遠(yuǎn)鏡中觀測(cè)到的暗弱的小亮點(diǎn),變成了生動(dòng)活潑的“萌王星”,一下子拉近了它與每個(gè)普通人之間的心理距離。似乎是冥冥之中注定的,原本冷冰冰的冥王星居然如此有“愛(ài)心”。

      這顆矮行星有點(diǎn)像慧星

      冥王星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道,是一個(gè)很扁的橢圓,離太陽(yáng)最近的距離為30個(gè)天文單位(約45億千米。1個(gè)天文單值等于日地平均距離,約l.5億千米),最遠(yuǎn)的距離為49個(gè)天文單位(約74億千米)。由于冥王星有時(shí)候離太陽(yáng)近,溫度相對(duì)高,是夏季;有時(shí)候離太陽(yáng)遠(yuǎn),溫度相對(duì)低,是冬季。在溫度相對(duì)較低的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性的霜凍現(xiàn)象。

      “新視野號(hào)”探測(cè)發(fā)現(xiàn),冥王星表面主要由氮冰、甲烷冰和水冰組成,這些冰物質(zhì)的顏色較淺、反射率較高,因此冥王星整體上看起來(lái)還算比較亮。當(dāng)冥王星運(yùn)行到近日點(diǎn)附近時(shí),表面的氮冰和甲烷冰就會(huì)蒸發(fā),形成非常稀薄的大氣層,表面大氣壓約為地球大氣壓的百萬(wàn)分之一到十萬(wàn)分之一。隨著冥王星逐漸遠(yuǎn)離太陽(yáng),抵達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí),冥王星的大氣成分會(huì)凝固并沉降。冥王星大氣的蒸發(fā)和逃逸過(guò)程,看起來(lái)很像彗星被太陽(yáng)輻射蒸發(fā)的過(guò)程。因此,冥王星的質(zhì)量也會(huì)像彗星那樣逐漸減少,但由于冥王星所在的地區(qū)異常寒冷,冥王星質(zhì)量減少的程度不會(huì)像彗星那么明顯。

      冥王星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道周期為90465個(gè)地球日,這也就是冥王星上的1年,相當(dāng)于地球上的247.68年。從1930年發(fā)現(xiàn)冥王星至今,它只在自己的軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行了約三分之一圈,相當(dāng)于只過(guò)了冥王星上的3個(gè)月。冥王星自轉(zhuǎn)1圈,也就是冥王星上的1天,相當(dāng)于地球上的6.39天。根據(jù)“新視野號(hào)”得到的數(shù)據(jù),科學(xué)家重新研究了冥王星的大氣,確定了大氣層的厚度、成分與溫度,發(fā)現(xiàn)它的大氣逃逸速度比此前理論預(yù)計(jì)的要慢得多,所以我們大可不必?fù)?dān)心它會(huì)變得越來(lái)越瘦了。

      科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),冥王星有一條“尾巴”,里面都是些灰塵一樣的小顆粒,但實(shí)際上它們比灰塵還要小得多。這條尾巴長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)千米,是太陽(yáng)輻射吹跑的冥王星大氣分子組成的。天文學(xué)家此前在金星和火星附近也發(fā)現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的“尾巴”。

      冥王之心

      冥王星整體上呈橙紅色,但遠(yuǎn)沒(méi)有火星紅。盡管幾乎完全被各種冰雪覆蓋著,但冥王星表面卻色彩豐富、變化多端,不同地區(qū)有著非常不同的亮度和顏色,如炭黑色、暗橙色與白色。

      “新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn)的心形區(qū)域,被稱(chēng)為冥王星的“心臟”。它的發(fā)現(xiàn)出乎大多數(shù)人的預(yù)料。為了紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)者——天文學(xué)家湯博,這個(gè)區(qū)域被命名為“湯博區(qū)”。雖然看起來(lái)很像一顆完整的愛(ài)心,但好奇心極強(qiáng)的科學(xué)家卻友現(xiàn),冥王星的這顆“心”實(shí)際上已經(jīng)“碎”成了兩瓣。其中,左邊是一片巨大的平原,由大量冰凍的固體構(gòu)成,包括氮?dú)鈨龀傻谋?,還摻雜著一些固態(tài)的一氧化碳與甲烷。這片平原以人類(lèi)歷史上第1顆人造地球衛(wèi)星的名稱(chēng)命名,被稱(chēng)為“斯普特尼克平原”。再仔細(xì)看還會(huì)發(fā)現(xiàn),這片平原是由一些碎片拼接而成的,每個(gè)碎片大約20千米寬,整個(gè)平原如同一塊巨大的、瓷磚鋪成的地面。

      斯普特尼克平原是怎么形成的呢?科學(xué)家推測(cè),過(guò)去曾經(jīng)有一個(gè)大小為幾十千米的小天體撞擊冥王星表面,留下一個(gè)巨大的盆地。冥王星上凝固的氮冰和其他一些冰凍的固態(tài)物質(zhì),慢慢填充進(jìn)去,最終形成這樣一個(gè)平原。研究還發(fā)現(xiàn),平原上有一些冰山似乎是可以移動(dòng)的,它們緩慢地穿越了這片平原。

      年輕的冥五星表面

      冥王星98%的表面覆蓋著氮?dú)饽Y(jié)成的冰,但也有少量由水結(jié)成的冰。“新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn),冥王星表面的撞擊坑比較少,說(shuō)明其內(nèi)部的地質(zhì)活動(dòng)較強(qiáng),表面年齡比之前預(yù)計(jì)的還要年輕。

      冥王星上還有一條長(zhǎng)達(dá)3000千米,寬約1000千米,橫貫東西的鯨魚(yú)狀斷裂帶。這片呈暗黑色區(qū)域被稱(chēng)為“克蘇魯區(qū)”,位干湯博區(qū)左側(cè),看起來(lái)就像一條巨大的鯨魚(yú),正在親吻著冥王星的心臟。鯨魚(yú)狀斷裂帶的發(fā)現(xiàn),說(shuō)明冥王星仍然有地質(zhì)活動(dòng)。

      科學(xué)家對(duì)月球和火星等巖石星球上的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)了解較多,但對(duì)冥王星這樣的冰凍矮行星的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)知之甚少。它的運(yùn)動(dòng)方式與地球上的有什么不同?支撐地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)自哪里?冥王星上各種冰物質(zhì)含量較高,內(nèi)部放射性元素含量較低,因此,支撐冥王星地質(zhì)活動(dòng)的內(nèi)部能量來(lái)源,可能完全不同于火星、水星等類(lèi)地行星和月球那種通過(guò)放射性元素衰變產(chǎn)生能量的過(guò)程。但事實(shí)又是怎樣的呢?這些問(wèn)題吸引著我們進(jìn)一步探索。

      地球、火星等巖石星球上都有高山,“新視野號(hào)”發(fā)現(xiàn),冥王星上也有高大的冰山,高達(dá)3500米??茖W(xué)家推測(cè),這么高的冰山不太可能是甲烷冰或氮冰組成的。因?yàn)榧淄楸虻拖窈心逃偷谋苛?,?qiáng)度不夠,堆不起來(lái),這座冰山很可能是由水冰筑成的。也有科學(xué)家認(rèn)為,這座冰山可能是一座冰火山,最高處就是火山口。不過(guò),地球上的火山噴出的是滾熱的巖漿,而冥王星上的火山噴出的卻是寒冷的冰。初步估算,這座冰山的形成年齡不超過(guò)1億年,雖然也很老了,但跟有45.6億歲高齡的太陽(yáng)系相比,只能算是個(gè)“年輕人”。能“造”出這樣高的山脈,說(shuō)明冥王墾內(nèi)部還有巨大的能量,才能支撐這么活躍的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

      除了觀測(cè)冥王星, “新視野號(hào)”還近距離觀測(cè)了它最大的衛(wèi)星卡戎,發(fā)現(xiàn)了卡戎上的4處山體滑坡。這是首次在柯伊伯帶天體中發(fā)現(xiàn)山體滑坡現(xiàn)象,滑坡可能是因?yàn)橥鈦?lái)天體撞擊,也可能是因?yàn)閮?nèi)在的地質(zhì)活動(dòng)。

      “新視野號(hào)”在與冥王星和卡戎的親密接觸過(guò)程中,獲得了前所未有的高分辨觀測(cè)數(shù)據(jù),取得了一些突破性的發(fā)現(xiàn)。然而,“新視野號(hào)”是飛越型探測(cè)器,只能短暫地探測(cè)這個(gè)矮行星系統(tǒng),獲得的信息依然不夠全面和深入。因此,為了更徹底地了解冥王星,科學(xué)家有了更大的“野心”,他們希望再發(fā)射一個(gè)環(huán)繞型探測(cè)器,成為冥王星的人造衛(wèi)星,長(zhǎng)期觀測(cè)冥王星家族。相信這樣的探測(cè)器會(huì)給我們帶來(lái)更大的驚喜和更多新的發(fā)現(xiàn)。

      讓我們一起期待新的探測(cè)器進(jìn)入冥王星軌道的那一天吧!

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