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被開除的冥王星和它的兄弟們

1930年2月18日在美國的洛威爾天文臺。一位叫湯博的24歲青年做到了閃視比對,以前。這種儀器的原理其實很簡單,在他的工作面上可以一左一右放入兩張天文相片。觀察者透過一個觀察目鏡來觀察相片。有一個切換扳手可以快速切換目鏡中呈現的是左側還是右側的相片。這樣一來,觀察者就很容易看出兩張照片的微小差異。這有點像是一個破解大家來找茬遊戲的神器。因為那個年代天文學研究特別像是玩大家來找茬的遊戲。用這種方法就可以發現在天空中異常移動的天體。夜空中的絕大多數天體啊都是不動的恆星。如果發現一顆會移動的天體,那麼往往就說明一顆新的行星或者彗星被發現了。在那個年代呢,發現這類天體是最重要的天文活動之一。不過這個遊戲是極其枯燥的,絕對需要超出常人的毅力。湯博就是這樣一個有著超長毅力的年輕人。就是用這個看上去很原始的方法。他發現了冥王星,而24歲的湯伯也會因為這個發現永久的載入天文學的史冊。

在很長一段時間,冥王星都是以太陽系的第九大行星的地位存在的。直到2005年,國際天文學聯合會把它降格為矮行星。從此太陽系就變成八大星星了。冥王星繞太陽一圈需要248年,所以從發現他至今還不到半個冥王星年。冥王星的公轉軌道也很特殊。太陽系的八大行星的公轉軌道基本上都是處在同一個平面上的。但冥王星的軌道卻是傾斜的,與黃道面有一個17度的夾角。就好像一頂的歪戴著帽子。而且他的公轉軌道和海王星的公轉軌道有交叉。也就是說,冥王星每一圈都在相當長的時間裡比海王星距離我們更近。事實上,在20世紀80年代和90年代的大部分時間裡。海王星實際上是太陽系裡離我們最遠的星星。只是到了1999年2月11日,冥王星才回到外側的軌道。他將在那裡停留228年的時間。在新視野號抵達冥王星之前,我們對冥王星的認知非常有限。因為冥王星離我們很遠,體積比月球還小。所以即便是在哈勃太空望遠鏡這麼強大的觀測能力下,冥王星也不過就是一個小小的圓盤。除了表面上似乎有一些大規模的斑塊外,幾乎看不到任何細節。此外,我們還知道冥王星有五顆衛星,它有稀薄的大氣。它的表面是紅色的,含有固態的甲烷,氮和一氧化碳。還有證據表明他的一個區域覆蓋著冰蓋,當然不是水冰,而是氮冰。對冥王星的知識在新視野號抵達之前,基本上也就是這些了。

2015年7月,在被人類發現後的第85年。冥王星終於迎來了他的第一個地球訪客,新視野號,它不但沒有令我們失望,而是帶給了我們許多意想不到的發現。在新視野號抵達前,行星科學家們對冥王星的表面是否存在崎嶇地貌已經爭論了數年。當新視野號抵達冥王星時,最初獲取到的一些高畫質影象就表明。這顆行星表面的山脈高度可達驚人的4500米。說明,冥王星表面的氮冰或許只是一層薄薄的殼。進一步的資料顯示,冥王星的地貌多樣性令人驚歎。有大片的冰川綿延幾百公里的斷層系統和巨型冰塊碎裂產生的雜亂多山地貌。還有被消退的甲烷冰山切削出來的懸崖。在一些山上還有甲烷構成的雪頂。另外還發現了幾千個直徑1。6-10公里的深坑。估計是赤道平原處的氮冰昇華形成的。有一個非常重要的發現是在冥王星表面有一塊巨大的冰川。當然,也是氮冰冰川,他被命名為斯普特尼克平原。這是為了紀念人類發射的第一顆人造衛星蘇聯的斯普特尼克一號。這塊平原的面積達到了80萬平方公里,相當於八個江蘇省那麼大。還觀測到周圍的山脈會透過冰川或者雪崩為他補充冰。按照傳統的觀點,冥王星這麼小的天體應該很早就冷卻了,不應該再有什麼地質活動。但是觀測證據卻表明這種觀點完全錯了。有兩個發現證明冥王星存在活躍的地質運動。第一個證據是在斯普特尼克平原上有冰在流動而且有紋路。這說明平原下面有熱源,產生了活躍的地質活動。第二個證據是冥王星表面的撞擊坑分佈極不均勻。既有40多億歲飽受摧殘的古老表面,也有1-10億歲的中年表面。還有幾乎沒有任何撞擊坑的大平原,年齡不會超過3000萬年,甚至有可能年輕的多。這樣大的地表年齡跨度是科學家們始料未及的。這充分證明冥王星有活躍的地質運動。但是這些地質運動的能量來源是什麼呢?這就是新視野號留給我們的謎題了。透過分析新事業號發回的照片,冥王星又留給了我們另一個謎題。根據可見光紅外呈像光譜儀的探測資料,在冥王星上發現了水冰。發現水冰這個倒不算是稀奇,像冥王星這樣的冰凍星球有水冰是很正常的。太陽系中的絕大多數冰凍星球都有水冰。可以說水是太陽系中最常見的物質之一。只不過液態水是極為精貴的,但這次的發現很不尋常。因為新視野號,發現了暴露在地表的水冰。這就很奇怪了,因為相對於氮冰甲烷冰來說,水冰的揮發性要低得多。所以這些氣體的揮發和凍結造成的降雪應該會頻繁的多。這樣一來,冥王星上的絕大部分地區都應該被氮冰和甲烷冰等更具揮發性的冰覆蓋。水冰一般會被掩埋在其他冰層的下面,很難落在表面。而且,更奇怪的是,新視野號只在冥王星的索林斯區域發現了裸露的水冰。他們之間是否有一些什麼樣的特殊關聯?對此,我們還無法給出一個令所有人信服的解釋。另一項有趣的發現是,冥王星的天空是藍色的,和地球上的藍天居然很像。這次新視野號對冥王星的大氣層有了進一步的瞭解。冥王星大氣層也有幾百千米後,有十多個同心的霧層。這些霧層有一種很複雜的有機分子構成。這種有機分子與土衛六大氣中的有機分子有本質的相似。他們被卡爾薩根命名為索林斯,正是這些有機分子讓冥王星的天空看起來是藍色的。但冥王星的上空幾乎沒有雲。我幻想著有一天,當宇航員踏足明光星抬頭看到美麗的藍天時。他們會不會有一種恍惚回到地球上的感覺呢?然而,2019年5月份刊登在天文學和天體物理學雜誌上的一篇論文。卻無情的擊碎了我的這個幻想。在這篇論文中,來自澳大利亞塔斯馬尼亞大學的安德魯科爾和他的研究團隊宣佈。冥王星大氣很可能在2030年消散殆盡。他們的計算表明,過去30年冥王星的大氣壓減小了兩倍。數學模型顯示,隨著時間的推移,冥王星大氣的大部分將被凝結。預計到2030年的時候,整個星球的大氣都會逐漸消失。心事也好,還有一些有趣的發現。例如,在冥王星上的固態甲烷堆積成了一座座高度超過300米的尖塔。規則的排列在一起,綿延幾百公里。還有年輕的巨型冰火山,大約只有3-6億歲。還有一定的跡象表明冥王星上有可能存在河道網路和一個冰凍的湖泊。這意味著冥王星以前的氣壓要高得多,甚至比今天的火星還要高。當時液體可以在表面流動,甚至能形成湖泊。所有這些發現都讓科學界震驚。矮行星的複雜程度竟然也能和地球,火星相比肩。

冥王星有五顆衛星,其中最大的一顆叫卡戎。實際上,卡戎算不算是冥王星的衛星,這個一直就有很大的爭議。因為卡戎的個頭與冥王星相比實在是太大了。他的直徑剛好是冥王星的一半,也就是說一個冥王星也就是八個卡戎的大小。因此,他們的共同質心是在冥王星的外部的。所以準確的說,並不是卡戎繞著冥王星轉,而是他們手拉著手一起轉圈。另外,卡戎的質量也足以讓他成為一個球星。所有這些特徵都符合國際天文學聯合會2006年對矮行星的定義。所以冥王星和卡戎應當構成了一個雙矮行星系統。但是習慣的力量真的是很強大,從1978年起,我們就一直把卡戎叫做冥王星的衛星,很難再改過來了。這次新視野號也對卡戎和另外四顆衛星進行了觀測。人類也首次看到了卡戎的外貌,它也是一顆發紅的天體。最明顯的特徵有兩個一個是顏色特別紅的極區。還有一個就是一條很深的大峽谷,比美國的科羅拉多大峽谷還要深五倍。峽谷的兩邊有大量的山脈。卡戎沒有大氣,表面也沒有一揮發物質,不過在卡戎的表面覆蓋著特有的氨冰。科學家們推測出卡戎的表面似乎有40億歲了。而且不同地區的年齡差異不大。這說明卡榮是一顆死氣沉沉的星球,地質活動在他行程後不久就停止了。那個特徵最明顯的紅色極地冰蓋,根據推測似乎是由甲烷和氮構成的。而這些氣體則來自冥王星。他們從冥王星的大氣層中逃逸出來,落在了卡戎冰冷的兩極。在那裡,經過紫外線的照射,變成了紅色的碳氫化合物,也就是索林斯。冥王星的另外四顆衛星都很小,小到都無法形成球形。新視野號在他們身上也發現了一些奇怪的事情。他們的表面物質和卡戎幾乎一樣,但是反射率卻是卡戎的兩倍。這就顯得很奇怪,目前還沒有合理的解釋。新視野號所記錄下來的所有資料都已經在2016年末之前傳回了地球。但是分析工作還遠沒有結束。這些資料量非常龐大,還需要很多年才能消化完所有的資料。預計還會有更多有關冥王星表層結構,核心起源,大氣還有衛星的科學發現。新視野號圓滿完成了探測冥王星的既定任務。狀態一切良好,並且還攜帶著寶貴的變軌原料。艾倫團隊決定讓新視野號繼續探測柯一博天體帶中的小天體。最終,他們選定了一顆名為2014mu69的小天體作為探測目標。它的中文名字是天涯海角。這塊古老的岩石在遠離太陽的深空冰冷的被封存了40多億年。保持著太陽系形成之初的原始狀態。這很像是一次太陽系考古活動,讓我們可以回溯到太陽系形成之初。2019年1月1日新視野號再距離天涯海角3500公里處飛過。所有的相機同時啟動資料以光速發往地球。大約四個小時後,艾倫團隊終於收到了這顆遙遠天體的清晰照片。從傳回來的清晰照片中我們可以看到。天涯海角由一大一小兩個紅色岩石球體構成,就像一個葫蘆。艾倫把這個形狀比喻為雪人。這種形狀在太陽系中極為罕見,不過著名的哈雷彗星也是這個形狀。45億年前,在太陽系形成的初期。太空中的兩個小碎片一邊互相圍繞著轉,一邊彼此靠攏。最終,萬有引力把他們粘在了一起。他就像是太陽系中的活化石。生動的向我們展示了太陽系早期行星的形成過程,新視野號就像一臺時光機。它把我們帶回了太陽系的誕生之初,就象看到了凝固的時間。對天涯海角的進一步研究有助於我們瞭解太陽系的行星是如何形成的。以前天文學家們對於太陽系的關注往往都集中在那些大天體上。現在呢,太陽系中的小天體也是越來越多的開始吸引天文學家們的目光。

被開除的冥王星和它的兄弟們

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