新视野号冥王星新发现

这张照片上可以看到冥王星边缘的大气层中大约有20层薄薄的雾霾。这些雾霾层在水平方向上通常延伸达数百千米，但又并非严格平行于地表。图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI/Gladstone et al./Science (2016)

第一张近距离照片揭露了“镶嵌”于冥王星地表的一大块心形特征，向科学家透露了这样一个信息，这一类“全新”的行星级天体，也就是遥远而又神秘的、被称为太阳系“第三地带”的柯伊伯带中首次被近距离探测的最大、最明亮的天体，很可能远比理论模型之前的预言要更加有趣和令人困惑。
《科学》上新发表的一系列论文证明了这一点，其中最重要的结果罗列如下：

下图是新视野号拍摄的冥王星表面非正式命名为斯普特尼克平原的冰原，下图则是冥卫一卡戎表面非正式命名为武尔坎平原的地形。图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI

1、对冥王星地表陨击坑计数而测定年代的方法表明，冥王星在过去40亿年里始终存在着地质活动。此外，被非正式命名为斯普特尼克平原的冥王星地表特征，即一块比美国得克萨斯州还大的冰原，不存在任何能够检测到的陨击坑，因此它的地质年龄估计相当年轻，不会超过1000万年。
2、冥卫一卡戎则拥有相当古老的地表。举例来说，冥卫一赤道区域被非正式命名为武尔坎平原（Vulcan Planum）的广阔平坦地貌，很可能是大约40亿年前喷发到卡戎表面的巨大冰火山“熔岩”流。这些“熔岩”流很可能与卡戎地下海洋的冻结有关，这一海洋的冻结导致了卡戎地壳的全球性破裂。
3、冥王星表面的化学组分分布惊人地复杂，这为理解冥王星的气候和地质历史提出了诸多谜团。冥王星表面化学组分的挥发，是外太阳系其他地方前所未见的。
4、冥王星上层大气的温度（约为20℃）远远低于此前地面研究得出的结论，对于冥王星大气逃逸率有着重大影响。为什么冥王星高层大气如此低温，仍然是谜。
5、冥王星大气中一些重要气体（包括氮气、甲烷、乙炔、乙烯和乙烷）的组分分布随高度的变化，首次被测量出来。
6、形成冥王星大气雾霾层的可能机制也头一次被人发现。这一机制涉及到大气重力波对雾霾颗粒的汇聚作用，而大气重力波则是由风吹过冥王星上的山地地形而产生的。
7、飞掠之前，冥王星4颗小卫星的存在使得人们担心冥王星系统中存在对新视野号有威胁的物质碎屑。但新视野号上的学生制宇宙尘埃计数器在飞掠前后的5天内只记录到一粒尘埃颗粒。这与外太阳系开阔空间内尘埃颗粒的密度（每立方千米大约1.5粒尘埃）相类似，表明冥王星周围区域其实并没有充斥着物质碎屑。
8、新视野号上的带电粒子设备揭示，太阳风与冥王星大气之间相互作用的区域局限在冥王星向阳面大约6倍冥王星半径以内，也就是大约7000千米以内。这一范围要比飞掠前人们的预测小得多，可能的原因在于冥王星大气逃逸率比预期减低了不少。
9、冥王星小卫星的高反照率（大约50%到80%），与柯伊伯带常见小天体较低的反照率（大约5%到20%）截然不同。这一差异进一步支持了如下想法，即这些小卫星并非俘获自柯伊伯带小天体，而是在一场巨大的天体碰撞之后，在由此产生的物质盘中聚积形成的——正是这场天体碰撞形成了整个冥王星卫星体系。

地质学论文第一作者、NASA艾姆斯研究中心的杰夫·莫尔（Jeff Moore）说，“近距离观察冥王星和冥卫一卡戎（Charon），已经导致我们彻底重新评估了对这样一个问题的思考，即什么样的地质活动才能够在太阳系如此遥远区域的孤独行星级天体上持续至今，而我们先前以为这样的天体自柯伊伯带形成以来就几乎不再发生变化了。”
研究冥王星化学成分的科学家说，冥王星地貌的多样性源于亿万年来高度易挥发的甲烷冰、氮冰和一氧化碳冰与惰性的水冰之间的相互作用。化学成分分析论文的第一作者、美国洛威尔天文台的威尔·葛兰地（Will Grundy）说，“我们看到了冥王星上易挥发的冰在地理分布上的变化，表明在升华和凝结之间存在迷人的循环。这些循环远比地球上的类似循环丰富得多，在地球上其实只有一种物质在凝结和蒸发，那就是水。而在冥王星上，至少有3种物质在循环，虽然它们相互作用的方式我们还没有完全理解，但我们确凿无疑地看到了它们的作用遍布于冥王星的表面。”

这幅色彩增强图像展现了冥王星地表的多样性。左下方，古老的地形遍布陨击坑，上面覆盖着深色发红的托林。右上方，易挥发的冰填充了斯普特尼克平原，改变了地表，创造出了杂乱排布的冰山。易挥发的冰还填充了附近少数较深的陨击坑，而在一些区域，易挥发的冰面上散布着升华而形成的小坑。图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI