由伯恩大學和國家行星研究中心（NCCR PlanetS）成員領導的一個國際天文物理學家小組終於揭開了冥王星表面巨大心形特徵的神秘面紗。研究小組首次透過數值模擬成功地再現了這一不尋常的形狀，並將其歸因於巨大而緩慢的斜角撞擊。

藝術再現冥王星受到巨大而緩慢的撞擊，導致其表面出現心形結構。資料來源：伯恩大學，Thibaut Roger 編輯

自從2015年美國國家航空暨太空總署（NASA）”新視野號”（New Horizo​​​​ns）任務的相機在矮行星冥王星表面發現了一個巨大的心形結構以來，這個”心臟”就因其獨特的形狀、地質成分和海拔高度而讓科學家百思不得其解。瑞士伯爾尼大學和亞利桑那大學的科學家利用數值模擬研究了冥王星心臟表面特徵的西部水滴形部分–斯普特尼克平原的起源。

根據他們的研究，冥王星的早期歷史以一次形成斯普特尼克平原的大災難事件為標誌：與一個直徑略大於400英里的行星體相撞，從北到南大致相當於亞利桑那州的大小。研究小組的研究結果發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上，研究結果也表明，冥王星的內部結構與先前假設的不同，表明冥王星不存在地下海洋。

亞利桑那大學月球與行星實驗室的行星科學家阿德妮-丹頓（Adeene Denton）是這篇論文的共同作者，她說：”斯普特尼克平原的形成為了解冥王星歷史的最早時期提供了一個重要窗口。

2015年7月14日，美國太空總署”新視野”號太空探測器拍攝的冥王星景象。資料來源：美國國家航空暨太空總署/約翰-霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所

分裂的心

這顆”心臟”一發現就立即吸引了公眾的目光，也引起了科學家們的興趣，因為它被一種高反照率材料所覆蓋，這種材料比周圍環境反射更多的光，從而產生了更白的顏色。然而，它並不是由單一元素所構成的。斯普特尼克平原的面積約為750 x 1250 英里，相當於歐洲或美國的四分之一。然而，令人震驚的是，這個區域的海拔比冥王星表面的大部分地區低約2.5 英里。

“冥王星表面絕大部分由甲烷冰及其衍生物組成，覆蓋著水冰地殼，而行星心則主要充滿了氮冰，由於海拔較低，這些氮冰很可能在撞擊後迅速積累起來，”該研究的第一作者、伯爾尼大學副研究員哈里-巴蘭坦說。心臟的東部也覆蓋著一層類似但薄得多的氮冰，科學家們還不清楚氮冰的來源，但很可能與斯普特尼克平原有關。

斜向影響

伯爾尼大學的馬丁-尤齊（Martin Jutzi）是這項研究的發起人，他​​表示，斯普特尼克平原拉長的形狀及其位於赤道的位置強烈表明，這次撞擊不是直接的正面碰撞，而是斜撞。與世界上其他一些研究小組一樣，該研究小組使用平滑粒子流體力學模擬軟體，透過改變冥王星及其撞擊物的成分，以及撞擊物的速度和角度，以數位方式再現了這種撞擊。這些模擬證實了科學家對撞擊斜角的猜測，並確定了撞擊物的組成。

巴蘭坦說：”冥王星的內核非常寒冷，儘管撞擊的溫度很高，但岩石仍然非常堅硬，並沒有融化，而且由於撞擊的角度和速度較低，撞擊器的核心並沒有沉入冥王星的內核，而是完好無損地留在了冥王星的內核上。的新視野號探測器在2015年飛越冥王星時觀察到的淚滴形狀。

月球與行星實驗室教授、該研究合著者埃里克-阿斯豪格（Erik Asphaug）說：”我們習慣於把行星碰撞看成是無比激烈的事件，在這種情況下，除了能量、動量和密度等因素，你可以忽略其他細節。他的團隊自2011年以來一直與瑞士同事合作，探索行星”飛濺”的概念，以解釋地球月球遠側的特徵等。

冥王星上沒有地表下海洋

目前的研究也為冥王星的內部結構提供了新的線索。事實上，類似模擬的巨大撞擊更有可能發生在冥王星歷史的早期，而不是近期。然而，這也帶來了一個問題：根據物理定律，像斯普特尼克平原這樣的巨大凹陷會隨著時間的推移慢慢向矮行星的極點漂移，因為它的質量小於周圍的環境。然而，它卻一直停留在赤道附近。先前的理論解釋是冥王星地表下有液態水海洋，與外太陽系的其他幾個行星體類似。根據這個假設，冥王星的冰殼在斯普特尼克平原區域會變薄，導致海洋向上隆起，由於液態水的密度比冰大，導致質量過剩，進而誘發向赤道遷移。

新研究提供了另一種視角，作者指出，在模擬中，冥王星的所有原始地函都被撞擊挖掘出來，當撞擊者的核心物質濺到冥王星的核心時，就會造成局部質量過剩，這就可以解釋為什麼冥王星在沒有地表下海洋或最多只有很薄的海洋的情況下遷移到赤道。

丹頓說，冥王星心形特徵的這種新穎而富有創造性的起源假說可能會讓人們更了解這顆矮行星的起源。

編譯自/ scitechdaily