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2014-06-22或许从冥卫一裂隙可获知其地底是否曾一度拥有海洋

新闻来源:http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1260 

如果冥王星最大的卫星—冥卫一(Charon)的冰质表面有裂隙,那透过这些裂缝,或许可呈现出这颗卫星的内部是否曾经够温暖,暖到足以让冥卫一地底维持液态海洋的存在。

冥王星是太阳系矮行星之一,和太阳的距离比地球远29倍多,如此遥远的距离,能接收到的太阳辐射量稀少,所以它的表面温度低达摄氏零下229度;如此酷寒之境,其表面不可能存有液态水,已知的5颗冥王星卫星亦同。距离遥远,再加上冥王星本身就很小,以目前地球上已有的观测设备,还无法清楚的观测到冥王星及其卫星的细节,只能等待2015年新视界号(New Horizon)太空船近距离飞掠冥王星和及其卫星时,才能窥见冥王星的秘密。

根据现阶段的实际观测资料,冥卫一绕冥王星公转的轨道稳定且几近圆形,更好玩的是,冥王星与冥卫一目前处在所谓的「潮汐锁定」状态,两者互绕过程中,始终都以同一面面对彼此。不过美国航太总署(NASA)哥达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)Alyssa Rhoden等人利用电脑模拟冥卫一,结果发现冥卫一表面随着冰壳厚度、冥卫一的内部结构以及冥卫一能变形扭曲的程度不同,会出现不同的裂隙型态。未来可将这些模拟结果与新视界号太空船实际观测结果予以比较,便可判断冥卫一以前是否因为高偏心率之故而曾有过地下海洋。

太阳系中有些气体巨行星的卫星,如木卫二(欧罗巴,Europa)和土卫二(Enceladus)等表面破裂形成许多缝隙的冰卫星,几乎已经证实它们都拥有地下海洋。当木卫二和土卫二绕着木星和土星公转时,受到各自母行星和邻近卫星的重力拉扯,让它们的轨道不但无法保持圆形,而且轨道偏心率还非常高,换言之,它们的轨道非常椭圆。如此一来,这些卫星因在不同轨道位置所感受到的重力潮汐作用强度不同,卫星表面和内部也会随之受到不同程度的挤压摩擦,并因此产生热能。这种潮汐加热(tidal heating)作用可让卫星内部保持温暖,延长木卫二和土卫二地下海洋存在的时间。同理,模拟结果显示冥卫一的轨道偏心率曾经非常高,所以应该也会有潮汐加热作用,造成内部挤压摩擦与表面裂隙等现象。

冥卫一的质量约为冥王星的1/8,这个比例比其他卫星/母行星的质量比大很多,实际上,它们是太阳系中「卫星/母行星」质量比最大的,有天文学家一度倡议应该将它们视为「双行星」。一般认为冥王星曾遭受严重撞击,撞击碎片后来形成了冥卫一和其他小卫星,所以冥卫一原始诞生的地方和冥王星的距离必定比现在还近得多。如此一来,冥王星和冥卫一的重力对彼此都有很强的潮汐作用,使它们的表面向彼此凸起,使它们内部产生摩擦力;同时因为这个摩擦力的产生,使冥王星和冥卫一的潮汐作用发生位置,稍微落后于它们的轨道位置。这个落后的状况对冥王星而言就像个致动或煞车器一样,可让冥王星的自转变慢,而因角动量守衡之故,冥卫一反倒因此而自转加速,并逐渐远离冥王星。地球和月球之间也一直都在发生同样的现象。

Rhoden表示:冥卫一的轨道演化情形,特别是它的轨道从近圆形变成高偏率椭圆的阶段,可能因潮汐变形而得以产生足够的热,让冥卫一地底的液态海洋能维持一段时间;不过因为目前冥卫一的轨道趋近稳定的圆形,所以即使曾经有地下海洋,现在也早已冻结成冰。利用含有海洋在内的冥卫一内部结构理论模型所得结果,这些天文学家发现只要冥卫一公转轨道偏心率小于0.01的话,就能在冥卫一表面产生如木卫二表面所见的那些裂隙结构。而既然这么容易就能产生表面裂隙,那么当太空船飞抵冥卫一附近,并发现其表面如果没有任何裂隙,那么天文学家就可以得出冥卫一公转轨道偏心率的上限,以及其内部究竟可达多温暖的程度。

这些研究让天文学家们能事先准备好,当新视界号太空船抵达冥王星系统附近时,他们应该要观察的现象与细节是什么,或是从观察到的现象中可以学到什么。

资料来源:http://www.nasa.gov/content/goddard/cracks-in-plutos-moon-could-indicate-it-once-had-an-underground-ocean/ , 2014.06.13, KLC