揭秘冥王星：来自柯伊伯带的神秘小天体

2014—2016年这几年里，我们见证了三次伟大的空间任务，一项前往彗星，另两项前往矮行星。它们传回了大量有关这些小天体的影像和数据。而在此前，我们从未有机会深入研究过这类天体。在第15章，我们介绍了这些太空任务——探测67/P丘留莫夫-格拉西缅科彗星的“罗塞塔号”、“新视野号”冥王星探测器和“曙光号”谷神星探测器。它们都在履行它们的使命，以帮助我们了解早期的太阳系。

2014年8月，“罗塞塔号”进入了围绕67/P彗星的轨道，并围绕它飞行了超过两年。2015年8月，该彗星到达了距离太阳最近的位置。在那期间，“罗塞塔号”运行良好，并传回了大量数据。2016年9月30日，随着“罗塞塔号”在科学家的操控之下降落并撞向该彗星表面，“罗塞塔号”任务宣告圆满完成。之前，在2014年11月12日，“罗塞塔号”曾释放出一个叫作“菲莱”的着陆器，那次任务的结果只能说是勉强合格。“菲莱”在弹跳两次后以一个别扭的角度卡在一个陡坡的黑暗一角，没有如预期般牢牢固定在彗星表面。约两天后，由于电池耗尽，“菲莱”彻底失去联系。尽管这一结局令人失望，但“罗塞塔号”的坠落还是帮助我们获得了大量有用的信息。

深入分析“罗塞塔号”任务传回来的影像和数据恐怕需要花费几年的时间。不过，彗星似乎确实是由太阳系形成以后剩下的物质构成的，而不是由后来发生的碰撞产生的碎片构成的。要解开“罗塞塔号”带来的更多发现，恐怕还需要更多时间。

一些初步结论已经挑战了我们对彗星的惯有看法。比如，我们一般将彗星形容成“脏雪球”，但67/P彗星虽然体积不大，却有着活跃的地质活动。它的表面有一些复杂多样的结构，而且尘埃和碎屑的成分比水冰多。“罗塞塔号”还被发现存在一些矿物，这些矿物只有在该彗星有部分物质来自温度高的太阳星云内部的情况下才能生成。不过，它们没有被液态水改变，因此该彗星肯定没有通过放射性衰变产生足够使冰融化的热量。约15%的非冰物质都含有“松散”的尘粒，这些尘粒可能是来自太阳系最早期的“幸存者”。“菲莱”还发现了16种之前没有在彗星上发现的有机化合物，有些还是构成生命体的主要分子成分。

67/P彗星上极高的氘氢比是最令人迷惑的测量结果之一。它的这一比例是已有数值的11个彗星里最高的，是地球海洋和最原始的碳质球粒陨石的氘氢比的4倍。氘氢比取决于物体吸收水的时间和当时的温度，因此不同彗星的形成地点与太阳的距离很可能相差很大。而67/P的情况表明，它是在太阳星云后期并且在极低温的情况下形成的。大量氮气和氧气分子的发现印证了这点，因为只有在极低温的条件下，它们才能被困在冰里。

彗星里迥异的氘氢比使人们对今日地球上的绝大部分水都来自彗星这个理论产生了怀疑。地球上水分的来源很可能不止一个。彗星和小行星都有可能是如今地球上水分的来源。

67/P彗星最令人吃惊的特点是它的“双瓣”外形，有些人觉得它看起来像一只“橡皮鸭子”。或许在某个时候，两个形状相似的天体慢慢相遇并拼在一起，形成了如此特殊的形状。许多零散的证据表明，彗星也许是由许多厘米大小的鹅卵石聚合而成的。以67/P彗星为例，它由来自太阳星云内部高温区域的矿物和太阳星云最冷的外部区域的冰混合而成。至于它们是如何融合到一起的，至今尚不清楚。

2015年7月14日，“新视野号”探测器和冥王星-冥卫一系统在太阳系的边远地带有过短暂相遇。“新视野号”所拍得的震慑人心的高清影像，让我们首次得以仔细端详这两个远离我们的小星球。和计划中一样，大部分获得的数据需要在几个月甚至更长的时间存储和下载，但是初步的科学结果很快就会出现。

冥王星可能又小又冷，但在过去的40亿年里，它在地质学上一直保持活跃。冥王星的核心是岩石，被一层水冰覆盖着——很有可能不存在一个地下海洋——再上面是一个冰冻层，不同地方的成分不同，但主要是氮气。巨大的冰平原形成冥王星左侧的浅色的“心”，该平原（学名叫作“斯普特尼克平原”）上没有可探测到的陨击坑，这意味着它的年龄不到1000万年。相比之下，冥王星某些区域的大量陨击坑对应的年龄则高达40亿年。总的来说，如果所有柯伊伯带的天体都是由更小的天体吸积而成，冥王星和冥卫一上的小陨击坑要比实际见到的多很多。一种可能的解释是，许多柯伊伯带天体“天生就很大”。(www.xing528.com)

冥卫一古老的表面主要由水冰构成。“新视野号”观察到的那一面被赤道以北的一条非常长的峡谷系统“砍了一刀”，这条峡谷可与火星上的水手谷相比。大峡谷南部的平坦平原可以追溯到大约40亿年前。这两个特征都可能是由于该星内部的液态水冻结，从而导致其地壳断裂而形成的。

冥王星和冥卫一很可能形成于两个大型天体间的激烈相撞事件，就像地球和月球一样。冥卫一的密度和冥王星相差不到10%，据此推断，它们必定拥有相似的岩石性质。这加大了两颗相撞天体的内部并未分层的可能性。如果这是事实，它可以帮助我们了解柯伊伯带天体的形成时间和形成机制。冥王星小卫星的反射能力一般高于柯伊伯带类似的小天体。因此，它们很可能是由该碰撞产生的碎片形成的。

2016年，“新视野号”正式开启了一场扩展任务：探索一个名为2014MU69的小柯伊伯带天体，交会日期定于2019年1月1日。这个新目标直径约为30～45千米。它的轨道既不是高度倾斜的，也不是特别扁长——这表明它自形成以来几乎没有受到过扰动，而是太阳系早期组成部分的残余。甚至在柯伊伯带中寻找合适目标的过程也产生了意想不到的结果。利用地基望远镜进行的密集搜索始于2011年，但他们没有找到一个可以利用“新视野号”剩余燃料能达到的目标。2014年，作为最后的手段，搜索团队求助于哈勃空间望远镜。这一过程也表明，柯伊伯带中的小天体比预测的要少。

在“新视野号”与冥王星的史诗级相遇的4个月前，“曙光号”探测器也已经进入绕另一个矮行星——谷神星的轨道，在那之前，它已经飞过了上一个目标——小行星灶神星，并穿过了小行星带。事实证明，谷神星又是一个有着复杂地质历史的小天体。就我们所知，它也完全不同于小行星带的其他成员。

“曙光号”探测器在极大程度上证实了谷神星的地基观测发现，不仅如此，它还为我们带来了更丰富的细节。谷神星区别于其他小行星的地方在于它丰富的含水量。谷神星的地壳物质中含有大量水分，而且在它表面一些永久阴暗的地方还可能存在冰块。它地壳中的物质包括层状硅酸盐，这些遍布谷神星表面的黏土性物质只能形成于有水的地方。谷神星上还有一定数量的氨。氨是一种广泛存在于太阳系低温外沿的物质，这说明谷神星要么是在天王星的轨道附近形成的，要么就是通过某种方式积聚了来自该区域的物质而形成的。

相比它的历史，谷神星表面的陨击坑数量向我们透露了更多有关其内部成分的信息。而且它表面的大型陨击坑数量可能比“曙光号”发现的数量还多，尽管它也许是在较晚期才迁入其当前位于小行星带的轨道的。它表面的大陨击坑似乎后来都被填平了，很可能是通过和水相关的一些反应而被抹平了。不过，剩下的那些最大的陨击坑的变化程度似乎不大，它们大都非常深。这暗示着谷神星表面以下的圈层里可能最多也只有40%是冰。

谷神星的陨击坑中最突出的一个叫作奥卡托（Occator），它的宽度达到92千米，形成于约8000万年前。该坑洞的正中间有一块亮斑，是谷神星上最明亮的区域。这块亮斑和该陨击坑中其他类似亮斑，是已知除地球外碳酸盐矿物含量最高的天体。这些沉积物中含量最高的物质是碳酸钠，在地球上，碳酸钠通常和水热反应联系在一起。除此以外还有铵盐，所有物质可能都是由谷神星内部涌出的。

2016年6月底，“曙光号”圆满完成任务。NASA没有将它送到第三颗小行星那里去（曾经考虑过这一可能性），而是选择把它继续留在谷神星，以继续为我们带来更多新发现。