矮行星:人类好像打开了“潘多拉魔盒”
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矮行星:人类好像打开了“潘多拉魔盒”

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【谷神星上的盐】

自从在太阳系发现了矮行星后,冥王星就降级了,同时对于科学家们而言,就好像是发现了一个全新的世界——“潘多拉魔盒”打开了。

科学家们以前一直以为这些矮行星只是一堆沉闷的岩石,这些天体只是一些没有空气的冰冷的岩石世界,在自己的轨道上了无生气地运行。

然而随着科学家们对它们研究得越多,它们就变得越来越令人震惊和有趣。它们是一个充满了有趣的地质现象和历史的世界,它们甚至可以告诉我们很多关于太阳系的事情。

科学家们相信在我们的太阳系中可能有数百颗矮行星。不过到目前为止,科学家们只确定了六颗,其中五颗分别是:有卫星卡戎的冥王星、红色的赛德娜、明亮遥远的阋(xì)神星、鸟神星和豆形的妊神星。它们都运行在距离太阳数十亿英里的海王星轨道外侧的柯伊伯带内。它们只是冰山一角,可能还有很多,更多的矮行星等着被发现。

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第六颗矮行星是谷神星,运行在太阳系的内部。它的轨道距离地球约4.2亿公里,在小行星带中。

小行星带是在太阳系中火星和木星之间的一个区域。这是大多数小行星所在的地方,这些都是太阳系形成后留下的一些碎石块残渣。

在太阳系的早期,小岩石相互碰撞,粘在一起并形成了岩石状的内行星。矮行星也是这样形成的,当时谷神星已经变得相当大了,在它停止生长之前,它正在变成一个行星。这使它的体积与那里所有其他的小行星相比就显得鹤立鸡群。

那么为什么谷神星被称为矮行星而不是行星呢?

要成为行星,它必须要具备三个宇宙要素,首先,它必须是一个球体;其次,它需要围绕太阳而不是另一个天体运行;第三,它需要清除轨道区域的其他碎片。

显然谷神明只具备了两个要素,它是一个球体,但很小,只有965公里宽,是美国德克萨斯州的大小。

它绕太阳公转,但它没有能力清除轨道上的碎片,它被小行星包围着。

所以它无法成为一颗行星,尽管我们称这些天体为矮行星,但矮行星并不等于微不足道。

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谷神星

科学家们一般认为,矮行星个头小,刚形成时熔化的内核心会比较快地冷却。所以现在的矮行星的内核都应该已经冷却,驱动地质活动的热源也会同样已经冷却。

所以科学家们认为谷神星基本上只是一块巨大的岩石,不会有什么有趣的事情发生。而当他们真正接触到谷神星的时候,才发现之前的观点和真相大相径庭。

2015年3月,美国宇航局的黎明探测器抵达谷神星,当黎明号宇宙飞船到达谷神星时,科学家们看到了他们所期望在表面上看到的陨石坑。

然后突然,一些完全神秘的东西转到了他们的视野中。在谷神星表面的一个陨石坑中有两个亮点,几乎像两只眼睛一样。就是上面图中那个大陨石坑中的两个亮点。

这两个亮点对科学家们来说感到非常困惑,因为不知道那里什么东西?

看起来像是冰,似乎很新鲜。接着科学家们又发现100多个这种神秘的白点。最大的一个位于80公里宽的奥卡特撞击坑里。

它们到底是什么?

经过分析,构成这些白点的物质是我们在地球常见的一种物质:碳酸钠——一种盐。

科学家们认为谷神星上的盐非常年轻,估计最年轻仅仅只有400万年。从地质学的角度来说,这基本上和昨天差不多。

是什么让一个长期被认为已经死亡的星球上出现了一片片的盐呢?

行星地质学家贾尼?雷德伯认为,这些盐和地球上加利福尼亚莫诺湖中的结晶盐类似。

在某个时间莫诺湖的一部分湖水里溶解了很多矿物质,然后随着湖面的消退,湖水蒸发,留下了这些矿物质就是结晶盐。

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加利福尼亚莫诺湖的大片白色沉积物——结晶盐

研究人员相信谷神星上也发生了同样的过程。这意味着在谷神星的地表下一定有液态水。

但这是怎么可能呢?

这是在小行星带,这里是深度冰冻的世界。

这些亮点位于陨石坑的中心,它们位于表面的裂缝周围。这告诉科学家们,这种物质是从下面涌到表面上来的。

绝对没有人预料到谷神星表面下方会有液态水。科学家们无法解释能让这些水保持的温度从哪里来?

在一些卫星上,引力的牵引会使内部保持温暖,比如木卫一。但谷神星并没有靠近任何其他非常大的天体。所以令人惊奇的是科学家们甚至不知道这颗岩石行星是如何工作的。

可能还有另一种能源,另一种加热内部的机制,只是我们还没有发现。

为了找出谷神星是如何有液态水的,我们再次回到46亿年前太阳刚形成时,在这个过程中留下了很多碎片,它们撞击在一起形成矮行星。

当它们成形时,较重的岩石材料下沉到中心,形成一个炽热的熔化的核心。泥水和浮冰漂浮到顶部,一段时间内,它保持着液态。

但一旦核心冷却,它就会冻结并形成固体的外壳。

看来回到从前还是不能找到答案。所以盐的出现仍然是一个令人困惑的谜,仍然没有回答这个问题“谷神星上怎么可能还有液态水?”

一些科学家提出,谷神星地表之下可能存在咸海,它不是纯水,而是和其他东西的混合物。高浓度的盐降低了水的冰点,使水保持液态。

当小行星撞击使地壳破裂时,咸水从下面渗出,然后液体迅速蒸发,但盐仍然存在,并在表面留下一个明亮的白点。

如果这个观点正确,那么这意味着液态水现在非常接近谷神星的地表面。

【谷神星是一个“移民”】

随着对谷神星的深入研究,科学家们发现谷神星是一个“移民”,即小行星带不是谷神星的“出生地”。谷神星很有可能是与数百颗其他矮行星一起诞生于太阳系外围。

因为正常情况下天体的材料与周围其他天体的材料应该相同,但谷神星的情况并非如此。小行星带主要由干燥的岩石体组成,都含有构成岩石内行星的那些重元素。

谷神星却截然不同,谷神星本质上是一个冰块的世界,这与周围的岩石世界的小行星格格不入。

另外谷神星上的冰还含有一些化合物,但这些化合物并不存在于太阳系早期的小行星带中。比如谷神星上有大量的氨,科学家们在太阳系内部附近找不到氨的存在,但在外太阳系,科学家们确实找到了氨。在冥王星、冥王星的卫星卡戎以及冰冻的柯伊伯带上都发现了氨。

所以科学家们认为氨的来源应该是在太阳系中非常寒冷的地方,比我们今天发现谷神星的地方还要冷。

但是,一颗带氨的冰矮星,距离太阳有数十亿英里远,谷神星是怎么来到这里的呢?

读过笔者写的系列科普文的读者应该知道,在整个太阳系的历史中,行星的轨道是经常漂移的。比如木星、天王星、海王星等等。所以矮行星也同样如此。

越来越多的证据表明谷神星形成于太阳系的外围,是某种东西把这个小世界带了进来。至于是什么东西,答案依然是那个太阳系的“恶霸”木星。

在木星最初形成之后,这颗巨大的行星向太阳螺旋接近。它巨大的引力扰乱了太阳系其他天体的轨道,包括谷神星的轨道。

太阳系是在一个由气体和尘埃组成的圆盘形成的,当木星形成时它会穿过这些物质,而当它穿过这些物质时,它就会受到阻力,动能降低。于是太阳的引力战胜木星的离心力,木星就会开始相对缓慢地向太阳移动。

谷神星形成于太阳系的外缘,它从柯伊伯带中脱离出来,并因为木星的移动而向内拉。当木星停止移动时,谷神星也停止了移动,然后在小行星带上进入了一个新的稳定轨道。

既然谷神星是个“移民”,那么是否有其他矮行星也发生过类似的情况呢?

答案是肯定的。科学家认为,曾经有数以百计的由岩石和冰块构成的矮行星,因为木星的缘故,组成一支中队呼啸着进入太阳系内部。

但只有一个幸存了下来,如果外太阳系中有一群小矮星向内迁移,谷神星可能是唯一的幸存者,硕果仅存的一颗。

所以如果谷神星在小行星带的新家安顿下来。那其他的冰世界矮行星在哪里?它们可能成为了太阳的一部分,也可能与其他内行星相撞并溶为一体或成了对方的卫星。

矮行星从太阳系外转迁移到太阳系内容的理论还有一个佐证,可能就在我们的身体里。

很长一段时间以来,科学家们一直在想地球上大部分的水是从哪里来的?

因为地球在太阳系的雪线以内,离太阳很近,这里就不应该有水的存在。在地球形成的过程中,由于太热,水无法在地表上存在。

然后矮行星是在太阳系外围形成的,那里富含水。在这些矮行星的旅程中,有一部分撞向了地球,用富含水的岩石向地球倾泻。这些岩石中的水足以填满地球的海洋。

而且令人惊讶的是,当科学家们研究水的化学成分时,发现最能够匹配我们身体内的水是来自于小行星的水

小行星或矮行星它们在数十亿年的时间里,不断地降落并撞击地球。更让人称奇的是,矮行星可能还带来了一些其他的东西。

2017年2月,科学家宣布在谷神星表面发现了有机物质。

在地球上,生命所需要的水和有机化合物,矮行星同时拥有这两种物质。冥王星和谷神星都存在有机分子,地表下也都存在液态水。

有一种能源可以使星球内部暖和起来,在这些冰冷的地表之下有生命存在并非完全不可能。

在矮行星塞德娜和鸟神星上科学家们都发现有红色的斑块,这种颜色来自一种叫做索林的有机分子。而它们可能就是生命的起源。

化学现象来看,这些矮行星就像是太阳系的试管。如果太阳系里到处都是这样的小天体,它们有液态水或冰,那么它们就有可能成为生命的孵化器。只要生命附着在这些小天体上,随时准备撞向另一个天体,并在那里播种。

这就意味着,生命有可能在整个星系的区域都存在。也许我们的存在,应该感谢矮行星的存在。

【塞德娜可能是太阳偷窃而来的】

矮行星塞德娜是一个约1600多公里宽的世界,但它在太阳系中的轨道距离非常遥远,是科学们在太阳系中发现的最远的天体。

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矮行星塞德娜

如果你站在塞德娜的表面回望太阳系,太阳看起来会像一颗非常明亮的恒星,但不会比一颗真正明亮的恒星亮多少。

和冥王星一样,塞德娜也有一个奇怪的椭圆形轨道。塞德娜距离太阳的距离从110亿公里到1500亿英里不等。

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塞德娜的椭圆轨道于冥王星的椭圆轨道

冥王星之所以有这样椭圆形轨道,是因为靠近海王星,海王星的引力会影响它的轨道,并使它进入椭圆轨道。

但赛德娜的奇怪之处在于它的轨道离任何一颗主行星的距离都那么远。它怎么会变成椭圆呢?塞德娜永远不会离海王星那么近,它离那个轨道很远。

这就意味着,塞德娜不能用我们知道的一些理论来解释。而太阳系其他的一切天体:八大行星和其他许多,许多的小天体,科学家们都能解释为什么它在那里诞生或运行。

塞德娜不能用那些天体的理论来解释,而且当用计算机来模拟改变天体运行的轨道时,塞德娜几乎不可能在我们的太阳系中形成,然后改变轨道,使它变成椭圆形并飞到离太阳那么远的地方

这意味着也许,它不是在太阳系内形成的,它可能是来自一个陌生的世界。

那么我们的太阳系是如何捕获一个来自外星世界的天体的呢?

让我们再次把时间倒回到太阳系刚出生的时候。那时候太阳出生在一个恒星的托儿所,那里有许多其他婴儿恒星。

所以,如果太阳出生在一个非常密集的区域,许多其他恒星同时在这一区域诞生,那么在这些恒星形成行星时,它们之间的就会进行物质交换。

塞德娜可能和其他恒星周围的天体一样,在一个漂亮的圆形轨道上形成。我们的太阳经过了那个外星太阳系的主要行星。如果那颗恒星离太阳足够近,我们的引力可能会把塞德娜给偷出来。很有可能其他矮行星也是从其他星系中被绑架而来。

这些外来星携带有外星世界的水,甚至是外星世界的有机物质并带到太阳系内行星上。

如果这个理论正确的话,那么我们,地球上的每个人可能原本都是“外星人”。

另外,还有一种可能的解释,那就是笔者在讲述冰巨人天王星与海王星时曾提到的那个可能隐藏在我们太阳系中的“第九行星”。

这个遥远的隐藏的第九行星被认为是非常巨大,它的引力可以使得塞德娜的轨道形成椭圆形。只是科学家们还没有找到第九行星。

科学家们认为我们的太阳系可能还有许多像塞德娜一样的小天体,它们离我们很远,科学家们无法探测到它们,所以可能还有成百上千的这样的天体。这些太阳系中新的组成部分还在等待着科学家们去发现。

而这些遍布太阳系的矮行星正在揭示隐藏的生命。因为科学家们已经在这些矮行星上发现了生命的要素。比如在塞德娜、鸟神星、冥王星等上发现索林有机分子,在谷神星发现结晶盐,以及在在冥王星上发现了地下海洋。

科学家们过去一直认为水只可能存在于宜居带。这里即不会很热,不会导致水的沸腾也不是那么冷,水不会结冰成固体。但现在这个观点显然已经Out了。

我们环顾四周,发现周围到处都有水。我们在太阳系最意想不到的地方发现了水。在离太阳非常远的地方发现液态水让科学家们感到震惊。

事实上这些遥远的世界时,还有不断的惊喜出现。

鸟神星,2/3冥王星大小,表面覆盖着乙烷和甲烷冰。甲烷被冻结成1/2英寸大小的冰粒。它与阳光发生反应,形成一种叫做索林的有机物分子。这些有机物分子让这个星球呈现出红棕色。

【明亮耀眼的阋神星】

更远的地方是阋神星,它距离太阳约145亿公里,它的表面温度大约零下240摄氏度。

阋神星绝对是一个诱人的天体,表面看起来几乎完全是明亮的,可以说阋神星是太阳系中最耀眼的天体之一。它会反射96%的光线。

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明亮耀眼的阋神星

科学家想知道为什么会这样。当“新视野号”访问冥王星后,科学家们找到了答案。

在“新视野号”探索冥王星时发与一个有趣的小细节,冥王星上有些东西看起来很像沙丘,这个沙丘完全是由冰颗粒构成的。

然后要形成“沙丘”必须要有风,当携带着沙子的风吹过山谷时,留下沙子并沉积,最终形成这些巨大而美丽的沙丘形态。

我们的星球足够大,可以容纳大气层,当空气被太阳加温后会就上升,新鲜空气从下面补充进来,于是就产生了风。

冥王星很小,离太阳很远,很难保持住大气层。而“新视野号”的确发现了冥王星有薄薄的大气层。但这种大气层是暂时的。因为冥王星的轨道是椭圆形的,有时它离太阳很远,有时则离太阳比较近,天气会变得暖和。这样冥王星就形成了一种冬夏两季的气候。

所以冥王星的大气层取决于季节,在夏天,它足够暖和,额外的热量蒸发了表面的一些氮冰,于是形成了一个稀薄的大气层;在冬天,大气层就冻结了。

当有大气层时,尽管冥王星的大气层很薄,但仍有风存在,但只要有足够的风,小颗粒就会开始移动,风就可以带走这些颗粒,于是就会形成“沙丘”。

所以,科学家们认为,很多矮行星在绕太阳运行一圈的过程中,星球的表面可能会发生显著的变化。

这有助于解释阋神星明亮的表面,阋神星离太阳的距离是冥王星的三倍远。这个时候的阋神星表面的氮就会冻结在表面。就像冥王星进入冬季时一样气体会结成冰,使得星球表面反射性变得很强。

【谷神星上的火山可能会消失】

从远处看谷神星,这颗矮星看起来均匀而沉闷。但近距离看,有一个巨大的特征出现在我们眼前。当科学家们开始绘制谷神星表面的地图时,看到了最奇怪的物体之一,一座被命名为“阿胡娜·蒙斯”的火山。

这是一个奇怪的,突出的山,有着非常,非常尖锐的侧面。与谷神星上的其他任何地形相比显得非常突兀。

这是一座三英里高的山,在谷神星的整个表面上,没有任何其他东西能与它相比。可以说,阿胡娜·蒙斯主宰着谷神星的景观。

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谷神星上的“阿胡娜·蒙斯”火山

由于其陡峭的侧面和巨大的高度,它看起来很像地球上的火山。但地球上的火山仍然有地质活动,谷神星很小,它的核心应该是早就冰结了。

在地球的冰岛,有一座火山的形状与阿胡娜·蒙斯火山相似,那就是赫尔加菲火山。

这座火山被称为流纹岩穹顶,它是一种熔岩。通过地表裂缝被挤压出来,然后形成这种泡泡状的穹顶。被从下面挤出的岩浆一点点推高,在地球上,当炽热的岩浆泡会从地表裂缝中慢慢挤出,就会形成一座山坡陡峭的火山。

但是像谷神星这样的矮行星太小了,不可能有一个炽热的熔岩核心来支持火山活动。

不过,虽然这些小星球上没有熔岩,但上面有很多冰。而且地表下面还有很多水。如果水能通过裂缝向上流动并在地表喷发,也会得到一座“火山”,科学家们称之为冰火山。

当液态水从表面的裂缝中挤了上来后,它很快就结冰,然后开成了这座冰火山。这座冰火山,可以看到它具有很年轻的特征,它并没有被侵蚀。

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谷神星上冰火山的形成

在地球上,风和水会慢慢侵蚀这赫尔加菲火山。而谷神星因为没有风或其他天气因素侵蚀冰火山,所以冰火山一旦形成,它们将在地表上停留达数十亿年。

胡娜·蒙斯冰火山让科学家们奇怪的是,它是谷神星上唯一的一座高山。

为什么会这样?

通常情况下,不会只有一座冰火山,应该有很多这样的火山。事实上,谷神星可能曾经有很多冰火山,但今天它们都消失了。也就是说,谷神星上这座唯一的冰火山也可能会消失。

火山正在消失的说法,听起来就像是科幻小说,而事实上,在符合某些条件的情况下,确实可以发生这种事情。

这个“魔术”的关键就是引力,它能使固体变平。至于多快,取决于材料的结构组成。

如果你想在海滩上建一座沙堡,你就不能用干沙,它粘不到一起。所以你得在里面混合一点水,这样当你建沙堡的时候,它就会粘在一起了。但是如果你加入了太多的水,它又会流走,会变成粘性流体,然后就会塌下来。

事实上,冰岛的岩石火山,也会在自己的重压下慢慢变塌。像冰岛的赫尔加菲火山,它也在慢慢地往下塌,只是速度非常慢,在人类的时间尺度上,我们无法直接观察到的。

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谷神星上冰火山的消失

谷神星表面可能有许多冰火山,只是现在它们不再显示出任何存在的痕迹。所以阿胡娜·蒙斯火山同样会慢慢地回到这个星球地表上。

【矮行星还有很多未解之迷】

为什么谷神星不再形成冰火山?这还是一个未解之迷。事实上这个谜团只是围绕矮行星的众多谜团中的一个。

还有许多与其他矮行星相关的谜团有待科学家们去解决,比如矮行星是如何得到卫星的。

矮行星通常有轨道卫星,科学家们发现所有最大的矮行星都有卫星环绕在它周围,大多数都只有一个。妊神星有两个,冥王星有五个。

大多数矮行星的卫星都很小,不会比小行星大多少。但有一个卫星却大不相同,就是冥王星的卫星——卡戎。

冥王星的卫星可以说比冥王星还古怪,笔者在讲述冥王星时曾详细说过卡戎的情况。

然而卡戎还有一些令科学家们感到头疼的问题。作为卫星的卡戎,与冥王星比起来,个头显得太大了。与其说卡戎是卫星还不如说“冥王星——卡戎”是一个双行星系统。

在太阳系中没有其他行星的卫星与主星相比,比例如此之大,以及如此之近。

和其他双星一样,冥王星和卡戎围绕一个中心引力点运行。冥王星和卡戎被困在这场引力舞蹈中,他们总是面面相觑。

冥王星和卡戎最有趣的一点是它们处于我们所说的潮汐锁定状态。当冥王星和卡戎形成的时候,它们可能都在各自的自转轴上旋转,但这两个星球的自转速度逐渐减慢,并最终锁在了一起。在公转过程中一直用同一面对着彼此。

但是冥王星的自转是反的,就像一个陀螺侧躺着旋转。所以卡戎围绕冥王星的轨道也是反的。

太阳系中几乎每一颗行星都有一个大致指向同一方向的轨道轴。而冥王星却倾斜了大约120度,长期以来,科学家们一直想知道是什么导致了这种差异。

是卡戎把冥王星拉过来了吗?或者说倾斜是由形成卡戎的撞击造成的?

通过“新视野号”的观察,科学家们猜测,有一个物体撞到冥王星的顶部,撞击震碎了地表,水渗出并填满了陨石坑。液态水使冥王星失去平衡,而与卡戎的引力舞蹈将这颗沉重的“心”旋转到了另一边。

斯普特尼克平原(就是那颗“心”)之所以在原地形成,是因为冰可以在一个巨大的撞击坑的底部积累,于是形成的现在这个样子。但目前还不确定这个理论是不是真的。

曾经被认为是死气沉沉的小块头矮行星,现在充满了神秘。它们挑战了科学家们所有的假设。

然而,科学家们仅仅触及了这些复杂世界的表面,还有更多的矮行星有待发现。谁知道它们还会带来什么惊喜呢?

虽然科学家们不知道矮行星的最终数目,但科学家们认为在冥王星附近可能有100到200颗矮行星。在太阳系更远的地方,可能会有更多。

矮行星可能是我们在太阳系中发现的最有趣的天体。他们非常多样化,他们有活动的地质,它们还含有液态水。

尽管它们个头都很小,但并不意味着它们无关紧要,或者应该被忽略。

以前科学家们甚至连做梦都想不到它们的存在,而现在这些矮行星对于科学家们而言,就像是打开了的“潘多拉魔盒”。

这就是科学!