尽管冥王星已经被“降级”10 年有余,科学家对它的兴趣仍未减少,美国太空总署(NASA)最近更表示,有一个巨大地下海洋可能就隐藏在这个外太阳系星球上,其寿命延长要归功于潮汐加热作用融化了部分冰壳。
冥王星是古柏带中的矮行星,也是体积最大的海外天体(TNO),这些位处太阳系边缘的星球都极其寒冷,冥王星光是表面温度就低于摄氏零下 200 度,因此地表并无液态水存在,而是被一层冰壳覆盖。
与其他古柏带天体一样,冥王星理论上主要由岩石、水冰组成,其岩石构成的地心被冰构成的地函(约冥王星直径 70%)包围,岩石内部与表面冰层可通过放射元素衰变热分离,科学家因此判断冥王星内部结构应已分化;而在地核与地函之间则可能有放射性元素衰变产生的热量,足以融化一小部分的冰壳成为液态水层,深约 100~180 公里。
海外天体的热量来自于放射性元素的衰变,这种热量足以融化一层冰壳形成地下海洋,且能维持数十亿年,但随着放射性元素衰变成更稳定的放射性元素,它们不再释放热量,天体内部逐渐冷却,任何潜在的地下海洋最终都会走回冻结之路。然而,NASA 一项新研究发现,冥王星与卫星之间的引力拉拔战能在天体内部产生足够额外热量,从而延长地下海洋的寿命。
我们知道,卫星并不是一开始就卡好在轨道上稳定运行,而是天体在形成初期借由不同速度、各种方向的碰撞抛出物质,这些物质经年累月地凝聚成一或多个卫星。这段岁月里,卫星与母星内部的引力反复拉伸、摩擦以达到平衡状态,而摩擦过程会带来“潮汐加热(tidal heating)”作用,能量将作为热量于地表海洋、行星内部或卫星内部消散。
▲ 冥王星(右下)和冥王星最大的卫星。(Source:NASA)
NASA 团队利用公式计算了这些热量对海外天体的贡献,包括体积仅次于冥王星的第二大矮行星阋神星(Eris)系统。戈达德太空飞行中心行星科学家韦德·亨宁(Wade Henning)说,潮汐加热很可能作为一个“临界点(tipping point)”,保留了冥王星和阋神星这类大型海外天体表面下的液态海洋。
团队希望未来能使用更精确的模型来确定潮汐加热可延长地下海洋多少寿命、潮汐加热消耗能量时月球轨道的演变、以及地下海洋形成的时机点。如果这项研究是正确的,那么太阳系就有机会出现更多支持生命体存在的海外天体。
目前,科学家的目光多集中在土卫二(Enceladus)身上。它也是一个被冰覆盖的卫星,NASA 卡西尼号在 2014 年时发现有大量水汽和挥发物从土卫二南极附近的冰火山喷发,隔年,NASA 确认土卫二表面冰层下拥有遍布全球的地下海洋,且海洋底部有热泉,是天体生物学中极为重要的研究对象,也是寻找地外生物的最佳地点之一。
▲ 土卫二地表想像图。(Source:By David Seal [Public domain], via Wikimedia Commons)
- An Orbital Dance May Help Preserve Oceans on Icy Worlds
- NASA raises possibility of life on Pluto, says the dwarf planet may be hiding a vast ocean
(首图来源:NASA)