冥王星的衛(wèi)星，卡戎的紅帽，是由冰火山形成嗎？

奇特的“火山”，竟然給卡戎帶上了小紅帽？

冥衛(wèi)一，冥王星最大的衛(wèi)星。

在它的北面有一個(gè)不尋常的紅色帽子，看起來(lái)像干燥的紅油漆或血液。

它是如何形成的?

一種新的假說(shuō)認(rèn)為，冰火山的爆發(fā)釋放出甲烷，形成了卡戎的紅帽，然后在太陽(yáng)輻射、宇宙射線下變成了紅色的托林。

宇航局的新視野號(hào)飛船在2015年飛越冥王星時(shí)拍攝了這張照片。

（圖片來(lái)源：NASA/ JHUAPL/ SwRI）

世界未解之謎 — — 卡戎的紅帽子

冥衛(wèi)一與許多其他小型巖石衛(wèi)星相似，它有著灰色的表面布滿山谷和許多隕石坑。

然而，它確實(shí)有一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)。在它的北極有一大片紅色的斑塊，看起來(lái)幾乎像干漆，甚至是血。

2015年，宇航局新視野號(hào)飛船經(jīng)過(guò)了冥王星及其衛(wèi)星，也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)有趣的特征。

科學(xué)家們知道這個(gè)“補(bǔ)丁”是由一種叫做托林的有機(jī)化合物組成的，但關(guān)于它的路程軌跡，仍有爭(zhēng)議。

科學(xué)家們將這片紅色的區(qū)域命名為魔多馬克拉，沒(méi)錯(cuò)，魔多就是J.R.R.托爾金在《指環(huán)王》中的黑色的土地。

但是在這種情況下，它是紅色而不是黑色的。

它“看起來(lái)”有點(diǎn)像月球北極的紅色冰帽，但并不是冰— —它是由有機(jī)托林組成的。

托林是由太陽(yáng)紫外線或宇宙射線照射的簡(jiǎn)單含碳分子(如二氧化碳、甲烷或乙烷)形成的。在冰質(zhì)天體上很常見(jiàn)，尤其是太陽(yáng)系外。

或許，它們也可以在太陽(yáng)系外行星和衛(wèi)星的大氣中被發(fā)現(xiàn)，那便會(huì)以氣溶膠的形式出現(xiàn)。在這種情況下，分子就是甲烷。

正如論文所指出的，在冥衛(wèi)一的南面，也可能有類似的特征。

那里，存在冰火山爆發(fā)？

甲烷分子來(lái)自冥王星，并凍結(jié)在冥衛(wèi)一的北極表面，因此，卡戎稀薄的甲烷季節(jié)性激增也起了作用。

然而，曼騰和她的同事現(xiàn)在提出了一種不同的情況。

卡戎在其南半球有一個(gè)巨大而光滑的冰原，被稱為火神平原，古冰火火山爆發(fā)，可能創(chuàng)造了冰原。

所以，研究人員想知道這些火山噴發(fā)可能釋放了多少甲烷。

如果我們“逆向”引用他的話:

“最終，氣體粒子會(huì)在卡戎表面跳躍，一定有一組方程可以用來(lái)隨機(jī)追蹤這些甲烷粒子的情況。”

該文件指出 - - “假設(shè)，這些包括卡戎在內(nèi)的天體上揮發(fā)物，有一個(gè)內(nèi)生的來(lái)源，卡戎表面廣泛的冰火山噴發(fā)了大量的甲烷，其中一部分遷移到兩極，并被加工成新型觀測(cè)到的托林。”

算一算～甲烷粒子的運(yùn)動(dòng)

研究人員模擬了1000個(gè)甲烷分子分散過(guò)程。

通過(guò)計(jì)算，我們知道了，確實(shí)有足夠的甲烷在那段時(shí)間釋放出來(lái)，形成了紅色的冰帽。

甲烷分子找到了在冥衛(wèi)一兩極的陷阱，同時(shí)留下了一層冰凍的甲烷。

科學(xué)家們估計(jì)，在現(xiàn)在被稱為“魔多”的地區(qū)，這一層可能有9米深。

如托林斯從冥王星出發(fā)的情景一樣，太陽(yáng)輻射和宇宙射線，會(huì)分解甲烷的頂層 — — 這個(gè)過(guò)程將它們轉(zhuǎn)化為深色的托林。唯一的區(qū)別是甲烷分子來(lái)自冥衛(wèi)一的冰火山，而不是冥王星。

新視野號(hào)在2015年觀測(cè)到的冥王星(左)和它最大的衛(wèi)星冥衛(wèi)一(右)。這張照片是新視野號(hào)于2015年7月13日和14日拍攝的照片。圖片來(lái)自NASA/ JHUAPL/ SwRI。

火山噴發(fā)，如何產(chǎn)生卡戎的紅帽的?

如果卡戎上的確曾經(jīng)發(fā)生過(guò)冰火火山噴發(fā)，那又如何發(fā)生的呢？又是如何產(chǎn)生紅帽的呢?

正如研究人員所說(shuō) — — 與卡戎以前的海洋有關(guān)。

科學(xué)家們認(rèn)為，這顆衛(wèi)星曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)地下海洋，就像太陽(yáng)系外的其他一些冰衛(wèi)星一樣(冥王星可能仍然有一個(gè)哦)。

然而，海洋可能在大約40億年前就結(jié)冰了。

我們都知道，水結(jié)冰時(shí)，體積會(huì)膨脹。

這意味著，地表下的冰很可能已經(jīng)穿過(guò)了卡戎的地殼。

因此，火山爆發(fā)時(shí)，冰沖破地殼，來(lái)到表面。

再次“逆向”引用Menten的話: “剩下的海洋，可能比開(kāi)始的時(shí)候要小得多，受到了膨脹的冰帶來(lái)的壓力。所以，由于它被加壓，裂縫一直延伸到地表?？赡軙?huì)發(fā)生火山爆發(fā)?！?/p>

事實(shí)上，不斷膨脹的冰的確可能在卡戎表面造成了我們看到的巨大裂縫。

噴發(fā)？到底是誰(shuí)？冰or熔巖？

然而，這些火山的爆發(fā)并不像我們?cè)诘厍蛏舷胂蟮幕鹕奖l(fā)。

它們是冰的噴發(fā)，而非熱熔巖。

在冥衛(wèi)一上，“熔巖”是一種厚且緩慢移動(dòng)的冰狀流體。

大部分涌出的冰以一公里厚的冰原覆蓋了卡戎的南半球。

研究人員將它們與冰島火山爆發(fā)進(jìn)行了比較，他們估算冰火山時(shí)期持續(xù)了大約100萬(wàn)年。

這張圖描述了在新假說(shuō)中，甲烷粒子從冰火山噴發(fā)到地表后如何到達(dá)卡戎北極：魔多是卡戎北極的紅帽，太陽(yáng)輻射和宇宙射線將甲烷粒子變成紅色的托林。

（圖片來(lái)源Nature Communications開(kāi)放獲取/知識(shí)共享歸屬4.0國(guó)際許可)。

火山甲烷

截止目前，我們?nèi)圆淮_定釋放出來(lái)的冰中是否含有甲烷。

但如果確實(shí)如此，研究人員估計(jì)，火山爆發(fā)將釋放約1000億噸的氣體，那么到目前為止，大部分甲烷應(yīng)該已經(jīng)到達(dá)了冥衛(wèi)一的兩極（約占97%）。

不過(guò)，冥衛(wèi)一的內(nèi)部很可能有甲烷，原因是...冥王星有。

科學(xué)家們認(rèn)為，冥王星和卡戎是由同一團(tuán)原始物質(zhì)構(gòu)成的。

冰火山在太陽(yáng)系外很常見(jiàn)?

這些發(fā)現(xiàn)還支持了一種可能——冰火山在太陽(yáng)系外的小型冰質(zhì)天體上很常見(jiàn)。

Menten說(shuō): “我們可以從地球上的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)中看出，它們表面的許多部分都檢測(cè)到甲烷或甲烷產(chǎn)物。冰火山作用可能是一個(gè)很持久的過(guò)程，也可能是我們從地球觀測(cè)中探測(cè)到的甲烷的來(lái)源?！?/p>

因此，就像“熱”火山活動(dòng)在火星、地球和金星等離太陽(yáng)較近的巖質(zhì)行星上很常見(jiàn)類似，“冷”火山活動(dòng)同樣可能在更遠(yuǎn)的較冷星球上頻繁發(fā)生。

2015年7月14日，新視野號(hào)拍攝到冥王星上的一座冰火山。

一項(xiàng)新的研究表明，冥王星最大的衛(wèi)星，冥衛(wèi)一，可能也有冰火山，創(chuàng)造了它不尋常的紅帽。

（圖片來(lái)源：NASA/ JHUAPL/ SwRI）

卡戎紅帽 有待更多的觀測(cè)?。。?/p>

我們需要對(duì)冥衛(wèi)一的紅帽進(jìn)行更多的觀察，才能完全了解它。

正如前指出，隨著時(shí)間的推移，托林斯變得越來(lái)越陰暗。

如果魔多有大約20億年的歷史，那么它現(xiàn)在應(yīng)該是黑色的（就像《指環(huán)王》里那樣）。

但它不是，它仍然是紅色的，那么一個(gè)可能的答案是，隕石逐漸侵蝕了頂層。

如此一來(lái)，它們完全可以暴露出下面更紅的地形；或者，來(lái)自冥王星的甲烷氣體可以補(bǔ)充卡戎北極的甲烷粒子。

在這種情況下，之前的假設(shè)和這個(gè)新的假設(shè)都可能是正確的。

下一步，Menten和她的團(tuán)隊(duì)將研究卡戎的地質(zhì)歷史，以尋找更多線索。

Menten說(shuō): “這個(gè)建模和地質(zhì)分析項(xiàng)目，是關(guān)于冥衛(wèi)一冰火山活動(dòng)的最后一步。但我認(rèn)為，接下來(lái)我們要關(guān)注的是內(nèi)部發(fā)生了什么，看看如何產(chǎn)生足夠的壓力使表面開(kāi)裂?！?/p>

太陽(yáng)系其他地方，還有托林嗎！？

了解卡戎上的托林，也將幫助科學(xué)家更好地了解太陽(yáng)系外其他“托林天體”，包括Makemake, Sedna和柯伊伯帶天體。這類天體通常也是紅色的，就像卡戎的北極一樣，特別是塞德娜，她看起來(lái)是完全深紅色的。

而且，其中一些小世界可能仍然有內(nèi)部海洋，是可能顯示冰火山作用的證據(jù):

“未來(lái)的宇宙飛船訪問(wèn)像Makemake或Sedna這樣的天體，可能會(huì)觀察到冰火山在表面存在廣泛的證據(jù)，其形式是光滑的葉狀平原，類似于在卡戎上觀察到Vulcan Planitia平坦平原，而像Eris這樣的天體可能更像冥王星，可能存在現(xiàn)今的海洋，就不會(huì)有火山平原?！?/p>

總結(jié):為什么冥王星的衛(wèi)星冥衛(wèi)一頂部看起來(lái)是紅色的帽子? 普渡大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究表明，是冰火山爆發(fā)創(chuàng)造的。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:Alina Zhu

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處