冥王星可能数十亿年来一直保持着地下液态海洋

当早期地球还是一个表面充满液态岩浆的熔融天体时，冥王星——以及它冰冷的地下海洋——才刚刚形成。在过去数十亿年的漫长岁月里，液态的冥王星水一直存在于遥远的太阳系中，为生命提供了潜在的居所。至少，这是发表在《自然地球科学》杂志上的一项新研究得出的结论。

这项研究重写了科学家们关于冥王星早期历史的理论，并表明，曾经被认为只存在于地球上的液态海洋，在太阳系外围的矮行星上是普遍存在的。

西南研究所的天文学家、NASA新视野号任务负责人S. Alan Stern表示：“海洋无处不在。它们大多存在于太阳系外围。而且它们可能是生命的栖息地。这彻底改变了我们看待太阳系的方式。”

冥王星的埋藏之海

当新视野号探测器于2015年飞掠冥王星时，它揭示的地表地质活动如此活跃和复杂，以至于科学家们怀疑在冥王星厚厚的冰壳下可能曾有一个埋藏了数英里的海洋。近年来，这些怀疑越来越接近确定。现在，大多数行星科学家都同意，即使在今天，冥王星的地下也存在着一个全球性的液态海洋。

但是，一个比地球月球还要小的天体是如何拥有海洋的呢？它是如何做到在数十亿年的时间里不被冻结的呢？

通过这项新研究，科学家们认为他们终于找到了这些问题的答案。

直到现在，天文学家们一直认为冥王星是由缓慢聚集的冷物质形成的。当围绕太阳的尘埃盘凝聚时，这颗矮行星会逐渐从岩石和冰的碎片中聚集起来。一旦足够大，冥王星的内部热量就会融化一些冰，形成一个地下海洋。天文学家说，这个故事解释了冥王星地下海洋的形成，仅仅是因为放射性元素的衰变。

但这个最新研究团队想测试一下这个理论。他们想找出冥王星是否一开始就很热，并通过一系列大规模撞击形成的，就像早期地球一样。

该研究的主要作者、加州大学圣克鲁兹分校的研究生Carver Bierson说：“我们通过陨石和其他东西对早期内太阳系有了相当好的了解。但他补充说，“我们对太阳系外围的情况了解不多。”

把冥王星放进冰箱

事实证明，通过观察这颗矮行星的表面，可以判断冥王星是冷形成还是热形成。这与水的膨胀当它结冰，收缩当它融化的简单事实有关。

Stern说：“如果你拿一杯水放进冰箱，那杯子第二天早上就会裂开，因为水结冰时会膨胀。在冥王星上也是如此。”

当水结冰时，内部的分子振动减少，形成晶体结构，使冰的密度降低。这就是为什么冰块会浮在你的玻璃杯里，以及这种固态水为什么会膨胀。

所以，如果冥王星是热开始然后缓慢冻结，它的表面应该会膨胀，留下因膨胀而形成的地质特征的证据。但如果冥王星是冷开始，那么这颗矮行星的表面应该显示出回溯到该星球遥远历史的压缩证据。

为了探究这两种情景哪种更符合证据，团队仔细分析了新视野号的数据，寻找膨胀或收缩的迹象。他们对发现的结果感到惊讶。

Bierson说：“我们在冥王星上看到了一些非常古老的地形，大约有太阳系的年龄，但我们没有看到任何压缩的证据。”这表明是热开始。

一个例子来自陨石坑。撞击在一个冰冷的星球上通常会形成整齐的圆形。但随着时间的推移，冥王星的陨石坑都已经被拉伸开了，即使是那些位于最古老地形上的陨石坑。然而，它们都没有被压缩。

还有其他证据。

Bierson接着用热开始的场景模拟了冥王星的早期形成。他发现，如果冥王星是通过一系列大规模撞击快速形成的，那么这些爆炸产生的热量就会持续积累。这将使冥王星的内部海洋保持液态。但Bierson说，要发生这种情况，这个星球必须在3万年内——甚至更短的时间内——形成。

然而，这个想法与近期关于柯伊伯带早期演化的其他模型非常吻合。柯伊伯带是海王星外的一个由冰冷天体和矮行星组成的区域。研究表明，较小的柯伊伯带天体可能在几百或几千年的时间内形成。

他说：“地质学能告诉我们这一点，这很不错。那些试图理解[柯伊伯带]动力学的人也得出了同样的结论。”他补充说，冥王星热开始的结论“是一个奇怪而令人惊讶的答案。”

冥王星被怀疑的炙热开端也对其邻近的小型天体，如阋神星、赛克赛克和鸟神星，产生了重大影响。如果冥王星是热而快速形成的，那么其他矮行星也很可能如此。再加上对气态巨行星周围冰冷海洋卫星的新认识，天文学家们正在推翻地球是太阳系唯一海洋世界的旧观念。取而代之的是，太阳系外围可能富含液态水。

Stern说：“内外太阳系中可能有数十个世界拥有海洋。这是太空时代行星科学最深刻的发现之一。”

这些陌生的世界可能看起来不像生命出现的可能地方。冥王星平均距离太阳约40亿英里（比地球远约40倍），那里只有极少的光线到达这颗矮行星的表面，导致温度降至零下400华氏度左右。

但在冥王星寒冷的地表之下，相对温暖的地下海洋中，生命将免受辐射和小行星撞击的侵害。

Stern说：“海洋内部的有趣之处在于，在某些方面，它们对生命来说是更安全的天堂。你可以免受杀死恐龙的撞击。如果太阳释放出耀斑或发生超新星爆发，你也是安全的。”

冥王星的心是如何形成的

这项最新发现增加了越来越多的证据，表明冥王星长期以来一直拥有一个活跃的海洋。而另一块拼图直到今年早些时候才出现。

冥王星冰冷的“心”是这颗星球最著名的特征。这个区域的形状看起来像一个巨大的、德克萨斯州大小的撞击盆地。心脏的左叶是一个名为斯普特尼克平原的600英里（1000公里）宽的冰原，它是太阳系中最大的冰川。当新视野号首次清晰地拍摄到这一特征时，天文学家们认为它一定是过去另一个大型天体撞击冥王星时形成的。

然而，这个盆地的确切位置很可疑。它正好位于冥王星的卫星卡戎的正对面。因为撞击者可能撞击冥王星的任何地方，Stern说：“这个撞击恰好发生在卡戎的对面，这可能是一个巧合，但我认为这完全是巧合的可能性太大，难以置信。”

相反，他认为卡戎和斯普特尼克平原之间的对齐可能是一个叫做极移的复杂过程造成的。根据模型，科学家们认为巨大的冰川很容易沿着这颗矮行星的表面滑动，直到它正好位于卡戎的正对面。但只有在冥王星拥有海洋的情况下，这个模型才有意义。

尽管如此，Stern承认他们关于冥王星海洋存在的证据是间接的。他说：“我们有几条旁证，但通常情况下，你不能仅凭旁证在法庭上定罪。”

这就是为什么Stern和他的研究团队正在推动一项冥王星轨道探测器任务，该任务不仅会返回到这颗矮行星，还会真正地绕它运行。新视野号在短暂飞掠中只对冥王星进行了快速的观察。虽然具有开创性，但该探测器只拍摄了这颗遥远星球40%的高质量图像。另外40%的地表对新视野号来说太暗，甚至无法辨认。而冥王星轨道探测器则可以配备不需要可见光就能看到地表的雷达和激光仪器。

根据Stern的说法，“我们需要一个轨道探测器来确凿地证明[冥王星海洋的存在]，就像卡西尼号确凿了恩塞拉多斯海洋的存在，伽利略号确凿了欧罗巴海洋的存在一样。”