冥王星和谷神星：失散多年的双胞胎？

谷神星和冥王星似乎没有什么共同之处。谷神星位于火星和木星之间的小行星带中，它是一个渺小而孤独的天体，而冥王星——位于太阳系边缘的柯伊伯带——几乎是它的三倍大小，并且拥有几颗卫星。谷神星的表面主要由岩石和水冰组成，而冥王星则覆盖着甲烷和氮冰。冥王星上方笼罩着稀薄而朦胧的大气层，而天文学家只在谷神星上方发现了微弱的气体痕迹。这两颗星球如此不同，以至于行星科学家史蒂夫·德施（Steve Desch）说，他是少数几个熟悉这两颗星球的研究人员之一。

但仔细观察，你会发现这两颗矮行星并没有那么大的不同。谷神星上新发现的氨的痕迹暗示了它们之间有着更紧密的联系。它们表面都有巨大的凹陷，并且都拥有可能由地表下的液体驱动的冰火山。事实上，天文学家们开始将它们视为双胞胎，尽管是异卵双生，出生在同一地点、同一时间，但几乎在出生后就被分开了。它们成年后不同的特征反映了它们各自适应的环境。

还有一个共同点：NASA的探测器都在2015年访问了这两颗星球——“新视野号”飞掠了冥王星，“黎明号”开始环绕谷神星运行。正是因为这些任务，我们才获得了所有这些新数据。“如果你把一个像冥王星一样的天体放到小行星带，它很可能看起来就像谷神星，”新视野号任务的联合研究员、天文学家威尔·格兰迪（Will Grundy）说。

分离的童年 事实上，这可能就是事实，谷神星最初可能离冥王星更近，然后在被更大的行星推挤着四处移动。

早期太阳系是一个混乱的地方，天文学家们现在怀疑许多行星在稳定到今天的轨道之前可能曾有过迁移。在2000年代提出的两个模型最符合轨道数据。其中一个，巨型潮汐假说，认为木星和土星最初向内太阳系移动，然后在引力不平衡的作用下，它们又回到了离太阳很远的当前轨道。另一个，尼斯模型，认为四颗气态巨行星（从木星到海王星）最初的轨道很小且紧密，最终缓慢地扩展到我们今天看到的状况。这两种理论并非相互排斥；巨型潮汐模型的理论家之一肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）说，它是为了与尼斯模型协同工作而设计的。“它们配合得很好，”他说。

在早期所有的混乱中，在今天海王星轨道所在的遥远太阳系区域，可能形成了数千个冥王星，包括一个 nascent 的谷神星。然后，移动的气态巨行星将这些天体 scattering 到四处。“在太阳系的大重组中，冥王星向外移动，谷神星向内移动，”行星科学家和新视野号联合研究员威廉·麦金农（William McKinnon）说。他于2008年提出了谷神星的迁移，这是这两颗星球潜在的近亲关系的第一个暗示。

麦金农承认，谷神星可能在其目前在小行星带的位置附近形成，但那样的话它将是“一颗最不寻常的小行星。”这颗矮行星本身就占了小行星带质量的三分之一，其冰质内部也将其与更坚硬的邻居区分开来。此外，最近在谷神星表面观测到的氨（就是家用清洁剂中的成分）也暗示了更遥远的起源，以及在这些化合物更普遍的时代和地点。

至于冥王星的迁移，很可能是海王星造成的。当这颗冰巨星向外螺旋式运动时，它将附近较小的冰质天体带走了，将它们引导到太阳系边缘。这只是命运的巧合，海王星带走了冥王星，而木星和土星带来了谷神星。

活跃的星球 当NASA的探测器到达时，这两颗矮行星出乎意料。与观察到冰冷、死寂的冰块不同，黎明号和新视野号看到了充满活动迹象的动态行星。尽管谷神星表面暴露的冰和水应该会迅速蒸发，但黎明号在一些陨石坑中看到了冰的迹象。冥王星离太阳很远，不断地用新物质重新绘制其表面，很可能是从下方涌出的液体并在其表面凝固。

这两颗星球都可能拥有相同的奇特现象：喷发着极寒熔岩的冰火山。谷神星只有一个山，一个类似圆顶的隆起，大小约为珠穆朗玛峰的一半，称为阿胡纳山（Ahuna Mons）。冥王星在其南半球有一对坡地，非正式地命名为赖特山（Wright Montes）和皮卡德山（Piccard Montes）。在谷神星上，冰是由冷冻的盐水和泥浆组成的，但在冥王星上，它可能是氨。麦金农说，虽然“我们想到氨会想到像Mr. Clean和Windex那样非常液态的东西，”但在冥王星的零下温度下，氨会凝固成固态冰。“一旦达到那个温度，它就会像蜂蜜或热玄武岩熔岩一样，所以它会更像熔岩，”他解释说。

亚利桑那州立大学的德施和马克·内维（Marc Neveu）都对冰冷星球上的冰火山进行了建模。内维说，如果“液体有额外的推力”，就会将粘稠的混合物推到这两颗行星的表面。什么能提供这种推力？两种可能的场景：像打开的汽水罐中二氧化碳逸出一样，从液体溶液中渗出的气体，以及液体缓慢冻结引起的压力差。

这两颗星球实际上都显示出近期有此类渗出式喷发的迹象。在谷神星上，阿胡纳山相对光滑的山坡和水的存在表明物质从内部喷涌而出。冥王星山脉周围平原的奇特纹理暗示了熔岩的流动。科学家们还不确定这些火山今天的活跃程度。

冷热差异 如果冥王星和谷神星如此相似，为什么它们看起来如此不同？位置，位置，位置。冥王星在离太阳很远的地方运行，那里的温度徘徊在零下391华氏度；谷神星离太阳更近，温度可达零下37华氏度（比南极沃斯托克站的夏季还要温暖）。

“（在谷神星上）你可以穿上外套，带着几件夹克四处走动。还有氧气，”新视野号行星科学家凯里·利斯（Carey Lisse）说。“（在）冥王星上，你不能那样做。你需要在你的宇航服里面多加一层厚实的双层或三层。”

这种根本性的温度差异解释了这两颗星球之间许多当前的差异。最容易挥发的物质，如冥王星上的甲烷和氮冰，在谷神星较暖的表面上会迅速蒸发掉。

事实上，当“黎明号”探测到这颗小矮行星表面有泥泞的地壳时，科学家们怀疑这可能是原先最外层被剥离后留下的残渣，露出了曾经的地下海洋。“谷神星可能曾经有冥王星一半大小，”行星科学家朱莉·卡斯蒂略-罗格兹（Julie Castillo-Rogez）说。初始尺寸更接近，肯定会使这两颗星球更有可能有关联。而谷神星的海洋已经冻结，冥王星的海洋看起来像是近期才冻结的地下海洋，甚至可能至今仍是液态——这是新视野号任务的又一个令人震惊的发现。

这带来了一个实际的好处。目前无法探测像冥王星这样的行星的冰层下方，但如果谷神星确实有一个暴露的、曾经是地下的冻结海洋，那将为行星科学家提供一个有用的参照。

恶劣的邻居 除了温度差异，这两颗星球的邻居也导致了它们的差异。它们都在混乱的早期太阳系中受到过撞击，但谷神星遭受的撞击是来自更坚硬的天体，造成的损害比冥王星的冰质伙伴更大。

一次巨大的撞击形成了冥王星上上镜的“心脏”，一个名为汤博区（Tombaugh Regio）的宽1100英里的盆地。甲烷冰从冥王星的地下海洋涌上来填满了这个陨石坑。由于较老的区域撞击坑更多，撞击坑的缺乏表明该区域的年龄不超过1亿年。这在太阳系45亿年的生命中不过是转瞬之间。

谷神星的巨大盆地更难发现。天文学家认为这颗矮行星应该有多个巨大的撞击坑，但“黎明号”探测器并没有看到。科罗拉多州西南研究所的行星科学家西蒙·马尔奇（Simone Marchi）在“黎明号”的数据中确实发现了与汤博区相当的大型撞击盆地的痕迹。最有力的候选是一个名为Vendimia Planitia的500英里宽的凹陷，它可能是由一个大型物体撞击谷神星形成的。与冥王星不同的是，任何填满谷神星盆地的冰，在谷神星较暖的表面上，都会很快被太阳的热量转化为气体。

虽然行星科学家们有了一些潜在的答案，但他们才刚刚开始探索“新视野号”和“黎明号”传回数据的一小部分。去年，“新视野号”传回了对冥王星的最后观测数据，而“黎明号”仍在环绕谷神星运行。随着我们对新数据的深入研究，我们将进一步了解这些行星，以及它们可能有多么接近。

德施说：“这就像一个机械师试图修理一辆赛车和一辆皮卡车。”“它们足够相似，可以从一个中学到一些东西，但又足够不同，需要付出很多努力。”但是，谁说过解开太阳系的奥秘会很容易呢？