親吻與捕捉：將冥王星與冥衛一永遠綁在一起的冰冷碰撞
冥王星和冥衛一的起源故事被最近的一項研究改寫，該研究揭示了它們是由一種獨特的「親吻和捕獲」碰撞形成的，這種碰撞違背了傳統的科學理論。這項發現強調了冰凍世界的結構完整性，可能為理解行星的形成和演化開闢新的途徑。
這張增強彩色影像的合成圖是2015 年7 月14 日美國太空總署的新視野號太空船穿越冥王星系統時拍攝的，拍攝對像是冥王星（右下）和冥衛一（左上）。圖片來源：NASA/JHUAPL/SwRI
數十億年前，在寒冷的外太陽系中，兩個冰凍世界相撞。它們並沒有在災難性的撞擊中相互毀滅，而是短暫地融合在一起，像天上的雪人一樣旋轉在一起。最終，它們分開了，但永遠被束縛在軌道上。亞利桑那大學的一項新研究表明，這次戲劇性的相遇解釋了冥王星及其最大衛星冥衛一的起源，該研究挑戰了長期以來的科學理論。
這項研究由亞利桑那大學月球和行星實驗室的NASA 博士後研究員Adeene Denton 領導，揭示了一種令人驚訝的「親吻和捕獲」機制。這個新發現的過程揭示了行星體是如何形成和演化的。透過考慮一個關鍵但被忽視的因素——冰冷世界的結構強度——研究人員揭示了一種全新的宇宙碰撞類型。
研究結果於1 月6 日發表在《自然地球科學》期刊。
冥王星和冥衛一在親吻和捕獲過程中的快照。圖片來源：Robert Melikyan 與Adeene Denton
幾十年來，科學家一直認為冥王星異常巨大的衛星冥衛一的形成過程與地球的衛星類似——大規模碰撞之後，流體狀物體被拉伸和變形，Denton 說。這種模型對地月系統非常有效，因為碰撞產生的高溫和較大的質量意味著碰撞的物體表現更像流體。然而，當應用於較小、較冷的冥王星-冥衛一系統時，這種方法忽略了一個關鍵因素：岩石和冰的結構完整性。
「冥王星和冥衛一不同——它們更小、更冷，主要由岩石和冰組成。當我們考慮到這些材料的實際強度時，我們發現了一些完全出乎意料的事情，」Denton 說。
研究團隊利用阿爾伯塔大學高效能運算集群上的高階撞擊模擬發現，冥王星和原冥衛一在碰撞過程中並沒有像橡皮泥一樣被拉伸，而是暫時黏在一起，作為一個雪人形物體旋轉，然後分離成我們今天觀察到的雙星系統。雙星系統是指兩個天體圍繞著一個共同的質量中心旋轉，就像兩個花式滑冰運動員手拉手旋轉一樣。
「大多數行星碰撞場景被歸類為『撞擊後逃逸』或『擦過並合併』。我們發現了一種完全不同的情況——『親吻並捕捉』場景，天體相撞，短暫黏在一起，然後在保持引力約束的情況下分離，」丹頓說。
「這項研究引人注目的是，用於捕獲冥衛一的模型參數最終將其置於正確的軌道上。一舉兩得，」資深研究作者、月球和行星實驗室教授埃里克·阿斯普豪格說。
這項研究也表明，冥王星和冥衛一在碰撞過程中基本上保持完整，其大部分原始成分都保留了下來。丹頓說，這挑戰了先前的模型，這些模型表明撞擊過程中發生了廣泛的變形和混合。此外，碰撞過程，包括天體分離時的潮汐摩擦，在兩個天體中沉積了大量的內部熱量，這可能為冥王星形成地下海洋提供了一種機制，而不需要形成在放射性更強的早期太陽系中——這是一個困擾行星科學家的時間限制。
研究小組已經在計劃後續研究，以探索幾個關鍵領域。團隊希望調查當冥王星和冥衛一距離更近時潮汐力如何影響它們的早期演化，分析這種形成情景如何與冥王星目前的地質特徵相一致，並研究類似的過程是否可以解釋其他雙星系統的形成。
「我們特別感興趣的是了解這種初始配置如何影響冥王星的地質演化，」丹頓說。 “撞擊產生的熱量和隨後的潮汐力可能在塑造我們今天在冥王星表面看到的特徵方面發揮了至關重要的作用。”
編譯自/ ScitechDaily