NASA:潮汐加熱融化冰殼,冥王星可能擁有地下海洋

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 05 日 11:50 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

儘管冥王星已經被「降級」10 年有餘,科學家對它的興趣仍未減少,美國太空總署(NASA)最近更表示,有一個巨大地下海洋可能就隱藏在這個外太陽系星球上,其壽命延長要歸功於潮汐加熱作用融化了部分冰殼。



冥王星是古柏帶中的矮行星,也是體積最大的海外天體(TNO),這些位處太陽系邊緣的星球都極其寒冷,冥王星光是表面溫度就低於攝氏零下 200 度,因此地表並無液態水存在,而是被一層冰殼覆蓋。

與其他古柏帶天體一樣,冥王星理論上主要由岩石、水冰組成,其岩石構成的地心被冰構成的地函(約冥王星直徑 70%)包圍,岩石內部與表面冰層可通過放射元素衰變熱分離,科學家因此判斷冥王星內部結構應已分化;而在地核與地函之間則可能有放射性元素衰變產生的熱量,足以融化一小部分的冰殼成為液態水層,深約 100~180 公里。

海外天體的熱量來自於放射性元素的衰變,這種熱量足以融化一層冰殼形成地下海洋,且能維持數十億年,但隨著放射性元素衰變成更穩定的放射性元素,它們不再釋放熱量,天體內部逐漸冷卻,任何潛在的地下海洋最終都會走回凍結之路。然而,NASA 一項新研究發現,冥王星與衛星之間的引力拉拔戰能在天體內部產生足夠額外熱量,從而延長地下海洋的壽命。

我們知道,衛星並不是一開始就卡好在軌道上穩定運行,而是天體在形成初期藉由不同速度、各種方向的碰撞拋出物質,這些物質經年累月地凝聚成一或多個衛星。這段歲月裡,衛星與母星內部的引力反覆拉伸、摩擦以達到平衡狀態,而摩擦過程會帶來「潮汐加熱(tidal heating)」作用,能量將作為熱量於地表海洋、行星內部或衛星內部消散。

▲ 冥王星(右下)和冥王星最大的衛星。(Source:NASA

NASA 團隊利用公式計算了這些熱量對海外天體的貢獻,包括體積僅次於冥王星的第二大矮行星鬩神星(Eris)系統。戈達德太空飛行中心行星科學家韋德·亨寧(Wade Henning)說,潮汐加熱很可能作為一個「臨界點(tipping point)」,保留了冥王星和鬩神星這類大型海外天體表面下的液態海洋。

團隊希望未來能使用更精確的模型來確定潮汐加熱可延長地下海洋多少壽命、潮汐加熱消耗能量時月球軌道的演變、以及地下海洋形成的時機點。如果這項研究是正確的,那麼太陽系就有機會出現更多支持生命體存在的海外天體。

目前,科學家的目光多集中在土衛二(Enceladus)身上。它也是一個被冰覆蓋的衛星,NASA 卡西尼號在 2014 年時發現有大量水氣和揮發物從土衛二南極附近的冰火山噴發,隔年,NASA 確認土衛二表面冰層下擁有遍布全球的地下海洋,且海洋底部有熱泉,是天體生物學中極為重要的研究對象,也是尋找地外生物的最佳地點之一。

▲ 土衛二地表想像圖。(Source:By David Seal [Public domain], via Wikimedia Commons

(首圖來源:NASA)