研究表明,冥王星一侧的碰撞撕裂了另一侧的地形

一种新的计算机模型显示了这颗矮行星上的地下海洋是如何使地震波得以传播的。冥王星的心形汤博区域——一个巨大的,高度反射的地质特征,被NASA的新视野号飞船在2015年飞越时以美丽的清晰度捕捉到——可以说是矮行星的美学亮点。它的椭圆形的西叶,1240英里长的Sputnik Planitia,引起了行星科学家的注意:它似乎是一个巨大的古代冲击雕刻出来的碗。今天,它充满了年轻的浮冰搅动氮冰。

翻译拟:就像星空的浪漫爱情,一次远古的星球碰撞,在冥王星留下心形痕迹

一个新的计算机模型显示了这颗矮行星上被掩埋的海洋是如何传播地震波的。

冥王星的名为“汤博区”的心型区域——美国宇航局的“新视野”号宇宙飞船在2015年飞越时捕捉到的一个巨大的、高度反射性的地质特征,清晰而美丽——可以说是这颗矮行星的“颜值亮点”。它西部椭圆状那长达1240英里的斯普特尼克冰原,引起了行星科学家的注意:它看起来像一个因远古撞击产生的大碗。并且时致今日这里仍然遍布年轻的翻腾的氮浮冰。

“新地平线号”未能很好地观测到冥王星的另一边。但它仍然看到了斯普特尼克冰原背面的地区,那里看起来像是由裂缝、土丘和坑洼组成的乱七八糟的地质拼图。科学家在没有明确的形成机制的情况下推测它的起源。

新的研究怀疑这可能跟形成斯普特尼克冰原的撞击有关。根据对那次大灾难的模拟,它在冥王星表面和内部产生了强大的地震波,地震波到达了星球另一端的区域,撕裂了那里的土地,形成了“新视野”号所看到的奇怪地貌。至关重要的是,目前科学家们认为,只有在冥王星拥有一个93英里厚的地下液态水海洋的情况下,这些强有力的地震波才有可能传播,并且形成具有如此规模的混乱地形。

这项研究成果在德州伍德兰市举办的第51届月球和行星科学会议上被展示,由于冠状病毒大流行而被取消。该模型仍处于早期阶段,还有待同行评议。但是,美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家詹姆斯·塔特尔·基恩认为,利用撞击和其他地方可能相关的地质特征来推断冥王星的内部结构是“一个非常新颖的想法”,虽然他没有参与这项研究。

地下海洋

北卡罗莱纳州立大学的行星地质学家Paul Byrne也没有参与这项研究,他说,如果这种模拟行星地震学的方法成立,将被隔空破解的可能不只是冥王星的秘密。从太阳系那些冰冻巨行星的卫星到隐藏在柯伊伯带其他地方的寒冷巨行星,同样的原理可以扩展到所有的冰雪星球和卫星。杨百翰大学(Brigham Young University)的行星科学家贾尼·拉迪博(Jani Radebaugh)表示,最重要的是,这项研究提醒人们,新视野号与冥王星的接触具有不可估量的价值。她补充道:“令人着迷的是我们如何一点一点的发现这些价值。”

冥王星存在地下海洋的关键证据在2016年被阐明。新视野号与这个矮行星的亲密接触将斯普特尼克冰原带入人们视野,科学家们意识到这撞击盆地处在一个奇怪的地方:它坐落在赤道上,在轨道上与冥王星最大的卫星冥卫一保持一致,这个卫星与冥王星的相对位置始终保持不变。模型表明,当盆地形成时,冥王星的赤道在其他地方,但撞击发生后,地下的液态海洋开始上涌进裂缝,而冰在裂缝上聚集。由于这个潮湿、沉重、充满冰的陨石坑的突然出现,冥王星倾斜到目前的位置,形成了新的赤道。

但这个理论仍然只是一个假设,需要更多的证据来证实海洋的存在。在地球、月球和火星上,科学家们使用机器探测穿过星体的地震波,这些地震波根据所穿过的物质进行反射、偏转和扭曲,然后用这些波描绘出星体地下层的图像。但这种方法在遥远的冥王星不可能实现,因为那里还没有探测器,未来也没有相关任务的计划。

事实上,答案就藏在数十亿英里之外的水星上。它的一面是卡洛里盆地(Caloris Basin),一个950英里长的陨石坑,而在相对应的另一面,则是由破碎的岩石和令人发狂的起伏地形组成的混乱地貌。Radebaugh说:“在水星的其他任何地方都没有类似的情况。”长期以来,科学家们一直认为,这片崎岖不平的地形是卡洛里大撞击的结果,就像斯普特尼克冰原和另一面那片起伏不平的陆地也可能是冥王星自身巨大撞击的结果一样。

因此,科学家们想到为什么不通过重现冥王星地震来找出答案呢?他们转向iSALE,它可以模拟行星尺度的撞击,并复制撞击冲击的物理过程。阿德琳·丹顿是普渡大学行星地质学的博士生,也是这项新研究的主要专家,她说她已经“将冥王星炸了无数次”。

模拟地震

这个模拟极其成功地再现了斯普特尼克冰原的规模及其对映面严重破碎的地形,此外还包括了一枚250英里长的抛射物,它以每小时4500英里的速度径直撞向冥王星。在这个模型中,当斯普特尼克平原被撞出来的时候,巨大的冲击波穿过冥王星。使这颗矮行星发生物理变形的应力波尾随着冲击波。它的运动与传播介质中的声速相关。应力波迅速穿过冥王星的岩石内核,然后缓慢地穿过冰壳。而它在夹在两者之间、厚达93英里的液态水海洋中传播的速度还要更慢。

海洋作为一个屏障,阻碍了应力波从岩石核心传播到斯普特尼克平原的对面。但这一效应被这个夹层蛋糕一样的行星的另一个方面抵消了:海洋屏障也意味着穿过冰层的地震能量被困在那里,增强了这些能量到达对面的能力。

作者: Robin George Andrews

FY: 瓶子

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