位于冥王星心形冰面西侧的Sputnik平原是一个巨大的盆地，可能是因一次在它现在位置西北部的巨大撞击而形成的。挥发性的冰使它当前位于冥王星的赤道附近，这可能是矮行星内部地下海洋的上涌推动产生的结果。供图：James Tuttle Keane
天文学家刚刚发现了冥王星上遍布海洋的最好证据。冥王星是在太阳系黑暗深处的一颗矮行星，理论上不太可能存在海洋。在那里，氮和其他“挥发性”气体在低温条件下凝固为固体，水则变成了岩石——坚冰。几十年来科学家们认为冰可能作为一个绝热体，保存住了远离太阳的冥王星及其他物质的深处所含有的温度和湿度的痕迹。但没有足够的数据去证明这种疯狂的猜想。
去年美国宇航局（NASA）的“新视野”号探测器飞掠冥王星时，一切都变了。探测器发现的这颗矮行星的众多奇迹中，最引人注目的是一个1600公里宽的心形平原铺展在这个遥远的星球的表面。为纪念冥王星的发现者，美国天文学家ClydeTombaugh，这片心形地区被命名为“Tombaugh地区”。Tombaugh地区及冥王星其他地区的裂缝表明，地表下的泥浆可能会慢慢凝固，会像水在冰箱中凝固成冰一样膨胀而撕裂地表，不过其他的可能性也可以解释这种裂缝。周三在《自然》杂志上发表的两项研究找到了更有力的证据证明，冥王星心形冰面之下有一个更温暖、更湿润的世界。
加州大学圣克鲁斯分校（University ofCalifornia in Santa Cruz）的行星科学家，上述一项研究的第一作者Francis Nimmo说：“如果我们是对的，外太阳系存在海洋将会是普遍现象，与冥王星相似大小的其他星球也可能有地下海洋。”
冥王星存在海洋的新证据来自Tombaugh地区西叶的1000公里宽的区域，它非正式的名称为“Sputnik 平原”。与冥王星的其他峭壁、坑、有几十亿年历史的地表相比，Sputnik 平原是一个奇怪的地方，它没有坑的痕迹，而是被相对年轻的冰所覆盖。科学家们解释了Sputnik 平原年轻外观的原因，他们断定它产生自一次古老的撞击，由于地下的热量向上渗透，不断扰动地表，所以地表充满了年轻而厚重的冰块。Sputnik 平原最奇怪的事是它的位置：它沿赤道方向和冥王星最大的卫星冥卫一对齐。冥卫一与冥王星被潮汐锁定，它的轨道与冥王星的自转同步，因此它似乎在冥王星Sputnik 平原相对的天空上一动不动。
位于图森的亚利桑那大学（University of Arizona）的博士生，上述的另一篇《自然》文章的第一作者James Tuttle Keane说：“如果你从冥卫一的中心画一条线到冥王星的中心，并继续画向冥王星的另一端，它会与Sputnik 平原非常接近。” Keane说，一个巨大的撞击产生一个与冥卫一精确对准的坑的几率是非常小的，所以他和他的团队（也和Nimmo的团队）找到了另一种解释。他们使用来自新视野号和地面望远镜的数据建立模型来说明Sputnik平原的形成如何影响冥王星的内部及轨道的演化。
两个团队都发现，如果Sputnik 平原的质量比冥王星其他地区质量更大，那么与冥卫一的奇怪的对齐就可以得到很好的解释。数百万年来，这种“质量异常”导致了整个冥王星倾斜到现在与冥卫一的对齐方式，这就像一边粘有硬币的飞盘会翻滚而不是平稳地旋转。对这个过程进行建模，Keane的团队发现，如果Sputnik 平原在它现在位置的西北部形成，那么它移动到赤道附近所产生的压力带来的断层、峡谷与山脉的网络与新视野号观测到的真正的网络非常接近。
根据Nimmo团队的研究，Sputnik 平原比周围地区质量更大的最可能的原因是它存在地下海洋。该地区在一次巨大的撞击中诞生，这次撞击让大量的冥王星表面的冰汇集，泥浆从更深的内部涌出，在薄薄的地壳下形成了一个巨大的、行星级别的伤痕。随着表面的冰在这个伤痕上积累，Sputnik 平原变得质量足够大，从而能决定冥王星的自转。Nimmo的模型表明冥王星上的海洋大约有100公里深并有几十亿年的历史，它通过大量的氨得以保持液态，而氨则是普遍存在于外太阳系冰体中的天然防冻剂。虽然冥王星可能存在的海洋原则上支持生命存在，但它被封锁在冰面下200公里，并且离地球非常远，使得它远不如那些太阳系中其他离地球更近的地下海洋吸引天体生物学研究的兴趣，例如木卫二、土卫二这些冰面下存在地下海洋的卫星。
不在两个研究团队内的帕萨迪纳市加州理工学院（CaliforniaInstitute of Technology）的行星科学家David Stevenson称，这两个研究都是证明几十年前认为冥王星上有海洋这一猜想的“有趣且合理的”支持者。
虽然冥王星的海洋越来越封闭，但Keane和他的同事对它只停留在这颗矮行星深处的可能性不那么乐观。他们的模型表明冥王星表面的裂缝也与地面下早已完全冻住的水体一致。在这种情况下，Sputnik 平原的主要质量及其对冥王星自转轴的改变可以仅仅由表面的冰在巨型的坑中逐渐积累来解释。这个过程延续了几十亿年，而冥王星的季节变换也长达几个世纪，使得在Sputnik 平原的大盆地里夏季气态的氮在冬季凝固。“我们仍然有点不明朗。”Keane说，“我们不确定是否有足够的数据去真正区分不同的情况。”
Keane说，即使冥王星的海洋实际上只是冰，对Sputnik 平原的新研究仍然是强大而独特的成果，冥王星的气候和轨道演化也可能在外太阳系其他的冰冷星球上发生。“整个星球的自转轴被挥发物的循环所改变的想法以前没有多少人真正想过。”Keane说，“挥发性的冰在冥王星表面的运动无论过去、现在还是未来都一直在控制冥王星的运动方向。由于挥发物质的移动，冥王星可能现在仍在摆动，而同样的过程可能也在其他星球上持续发生。”
原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/pluto-s-icy-heart-may-hide-an-ocean/
翻译：王泽宇
审校：颜磊
留言