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冥王星在与一颗行星相撞后获得了一颗“心脏”
阿什利·斯特里克兰
CNN记者阿什莉·斯特里克兰报道
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美国东部时间2024年4月18日星期四下午6:11更新 一幅艺术家的插图描绘了冥王星表面在矮行星历史早期可能形成心形特征的巨大而缓慢的撞击。蒂博·罗杰
美国有线电视新闻网
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自从美国国家航空航天局的新视野号飞船在2015年拍摄到冥王星表面的一个巨大心形特征以来，它就引起了天文学家的兴趣。现在，研究人员认为他们已经解开了这颗独特的心脏是如何形成的之谜——这可能会揭示这颗矮行星起源的新线索。
这一特征被称为汤博区域，以纪念1930年发现冥王星的天文学家克莱伯·汤博。但是科学家们说，心脏并不全是一个要素。几十年来，汤博雷基奥的海拔、地质组成和独特形状以及比冥王星其他部分更亮的高反射表面的细节一直无法解释。
一个名为斯普特尼克行星的深盆地构成了心脏的“左叶”，是冥王星大部分氮冰的所在地。
该盆地覆盖的面积为745英里×1242英里（1200公里×2000公里），相当于美国的四分之一，但它的海拔也比地球表面的大部分地区低1.9至2.5英里（3至4公里）。与此同时，心脏的右侧也有一层氮冰，但要薄得多。 新视野号飞船于2015年7月14日拍摄了冥王星心脏的图像。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/美国国家航空航天局西南研究所
通过对斯普特尼克行星的新研究，一个国际科学家小组确定了一次灾难性事件创造了心脏。经过一项涉及数值模拟的分析后，研究人员得出结论，一颗直径约435英里（700公里）的行星体（从东到西大约是瑞士的两倍大）可能在这颗矮行星的历史早期与冥王星相撞。
这些发现是周一发表在《自然天文学》杂志上的一项关于冥王星及其内部结构的研究的一部分。
重现冥王星上的古代“水花”
此前，该团队研究了整个太阳系的异常特征，例如月球远端的特征，这些特征可能是在太阳系形成的早期混乱时期由碰撞产生的。
研究人员使用平滑粒子流体动力学软件创建了这些数值模拟，该软件被认为是广泛的行星碰撞研究的基础，以模拟理论上的行星体与冥王星碰撞的潜在影响、速度、角度和组成的不同场景。
结果显示，这颗行星很可能以倾斜的角度撞上冥王星，而不是迎面撞上。
“冥王星的核心如此寒冷，以至于（与矮行星相撞的岩石体）仍然非常坚硬，尽管撞击的热量很高，但没有融化。由于撞击的角度和较低的速度，撞击器的核心没有沉入冥王星的核心，而是完好无损地落在上面，”首席研究作者、瑞士伯尔尼大学副研究员哈里·巴兰坦博士在一份声明中说。
但是这颗行星撞上冥王星后发生了什么呢？
“人造卫星下面的某个地方是另一个巨大天体的残余核心，冥王星从未完全消化过，”研究合著者、亚利桑那大学月球和行星实验室教授埃里克·阿斯普豪格在一份声明中说。
研究小组发现，Sputnik Planitia的泪珠形状是冥王星内核冰冷以及撞击速度相对较低的结果。其他类型的更快更直接的撞击会产生一个更对称的形状。
“我们习惯于将行星碰撞视为异常激烈的事件，除了能量、动量和密度之外，你可以忽略其他细节。但是在遥远的太阳系中，速度要慢得多，而且固体冰很坚固，所以你的计算必须精确得多，”阿斯普豪格说“这就是乐趣的开始。”冥王星的神秘起源
在研究心脏特征的同时，研究小组还关注了冥王星的内部结构。冥王星历史早期的一次撞击可能会造成质量赤字，导致斯普特尼克行星在行星仍在形成时慢慢向这颗矮行星的北极迁移。研究人员在研究中解释说，这是因为根据物理定律，盆地的质量小于其周围环境。
然而，Sputnik Planitia靠近这颗矮行星的赤道。
天文学家发现了我们银河系中最大的恒星黑洞，这要归功于它在一颗伴星上引发的摆动运动。这位艺术家的印象显示了恒星和黑洞（名为盖亚BH3）围绕其共同质心的轨道。欧洲航天局的盖亚任务历时数年对这种摆动进行了测量。来自其他望远镜的额外数据，包括位于智利的ESO甚大望远镜，证实了这个黑洞的质量是我们太阳的33倍。伴星的化学成分表明，黑洞是在一颗大质量恒星坍塌后形成的，与理论预测的一样，该恒星含有非常少的重元素或金属。
研究作者说，以前的研究表明，冥王星可能有一个地下海洋，如果是这样，斯普特尼克平原地区地下海洋上的冰壳会更薄，从而产生密集的液态水凸起，并导致质量向赤道迁移。
但这项新研究对这一特征的位置给出了不同的解释。
“在我们的模拟中，冥王星的所有原始地幔都被撞击所挖掘，随着撞击物的核心物质飞溅到冥王星的核心，它产生了局部质量过剩，可以解释向赤道的迁移，而没有地下海洋，或者最多只有一个非常薄的海洋，”研究合著者、伯尔尼大学物理研究所空间研究和行星科学高级研究员马丁·朱齐博士说。
科罗拉多州博尔德市西南研究所的首席科学家凯尔西·辛格（Kelsi Singer）是美国国家航空航天局新视野号任务的联合副首席研究员，她没有参与这项研究。她说，作者在探索模型和发展假设方面做了全面的工作，尽管她希望看到“与地质证据更紧密的联系”
“例如，作者认为斯普特尼克平原的南部非常深，但许多地质证据都表明南部比北部浅，”辛格说。
研究人员认为，关于冥王星心脏的新理论可以为神秘矮行星的形成提供更多信息。冥王星的起源仍然模糊不清，因为它位于太阳系的边缘，只是由新视野号任务近距离研究过。
“冥王星是一个由独特而迷人的地质组成的巨大仙境，因此解释地质的更多创造性假设总是有帮助的，”辛格说。“有助于区分不同假说的是关于冥王星地下的更多信息。我们只能通过向冥王星轨道发射航天器任务来实现这一目标，可能需要一个可以穿透冰层的雷达。”
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