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科学/太空 几十年来，天文学家一直试图弄清楚冥王星是如何捕获其最大的卫星的。现在，有了一个新的理论 阿什利·斯特里克兰 CNN记者阿什莉·斯特里克兰报道 6分钟阅读 Fri东部时间2025年1月10日上午10:53更新 一组增强的彩色图像展示了冥王星(右下)和它的大卫星冥卫一(左上)，由美国国家航空航天局的新视野号飞船在2015年7月14日经过时拍摄。美国国家航空航天局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所 注册美国有线电视新闻网的神奇理论科学时事通讯。探索宇宙的迷人发现，科学进步和更多的新闻。 美国有线电视新闻网 — 几十年来，天文学家一直试图确定冥王星是如何获得其异常巨大的卫星卡戎的，它的大小约为矮行星的一半。现在，新的研究表明，冥王星和冥卫一在数十亿年前的一次新发现的“亲吻和捕获”碰撞中短暂相遇。 科学家们长期以来一直认为卡戎的形成很像地球的月亮，它是在一个火星大小的物体撞击我们的星球后产生的。撞击使熔化的碎片从地球飞入太空，最终在环绕我们世界的轨道上聚集在一起，冷却后形成了月球。 但是这些理论没有考虑到冥王星和冥卫一可能在太阳系寒冷的边缘有更多的结构完整性。“冥王星和冥卫一是不同的——它们更小，更冷，主要由岩石和冰组成，”该研究的首席作者Adeene Denton说，该研究周一发表在《自然地球科学》杂志上。 美国国家航空航天局新视野号的高分辨率增强彩色图像捕捉到了多岩石、冰冷的卫星卡戎的详细透视图。美国国家航空航天局/JHUAPL 相反，冥王星和冥卫一在相撞后很可能保持不变，一起旋转形成一个形状像宇宙雪人的物体，然后分离成今天的双星系统，研究作者说。根据作者的说法，当两个天体围绕一个共同的质量中心旋转时，就形成了双星系统，就像花样滑冰运动员手牵手旋转一样。 “大多数行星碰撞场景被归类为'撞了就跑’或'擦撞合并’，”丹顿说，他是科罗拉多州博尔德市西南研究所的美国国家航空航天局博士后项目研究员。“我们发现的是完全不同的东西——一个'亲吻和捕捉’的场景，物体碰撞，短暂地粘在一起，然后分离，同时保持引力束缚。”(丹顿作为亚利桑那大学月球和行星实验室的博士后研究员进行了这项研究。) 丹顿和她的同事发现的这种新型天体碰撞可以揭示行星如何形成和演化，以及太阳系外围的其他天体如何获得自己的卫星。新的研究可能会为冥王星的冰壳下存在地下海洋提供证据。 行星如何获得卫星 卡戎和地球的卫星都是它们所围绕的主体体积的很大一部分，这与太阳系中其他围绕行星运行的较小卫星不同。(冥王星除了卡戎还有四颗较小的卫星。) 例如，火星是由两个叫做“火卫一”和“戴莫斯”的马铃薯形状的小卫星环绕的，这两个小行星很可能是被红色星球的引力捕获的。 但丹顿说，这种类型的形成不太可能像我们的月球或卡戎那样大的物体。丹顿说，其他碰撞的例子有撞击并运行，当一个撞击器撞击一颗行星并继续前进，或者擦伤并合并，当一个物体撞击一颗行星并聚集在一起。 艺术再现了对冥王星的巨大而缓慢的撞击，导致其表面出现心形的斯普特尼克行星结构。 相关文章 冥王星在与行星相撞后获得了一颗“心脏” 2000年代早期的简单模型模拟了冥王星和冥卫一如何形成现在的方向，支持了一些物体与冥王星碰撞产生冥卫一的想法。丹顿说，在这种情况下，碰撞的物质被视为一种无强度的流体，这意味着冥王星和冥卫一将像两个旋转、弯曲的斑点，就像熔岩灯一样。 在过去的五年里，撞击形成模型的模拟已经取得了进展，这使得研究人员可以将天体的物质强度属性包括在内——例如冥王星作为被冰覆盖的岩石核心。丹顿说，冥王星包含的岩石比冰多，而卡戎50%是岩石，50%是冰。 当丹顿和她的同事模拟了包括冥王星和冥卫一的结构属性在内的碰撞时，他们能够更好地确定两个天体之间交换的撞击动量以及最终结果。 虽然冥王星和冥卫一在撞击过程中可能交换了一些物质，但由于它们的组成，两者基本上保持完整，粘在一起形成了一个雪人一样的形状，并作为一个整体旋转，直到冥王星随着时间的推移基本上将冥卫一推到了一个更遥远的轨道上。 虽然当冥王星和冥卫一相撞时，一些物质可能丢失到了太空中，但“亲吻和捕获”的影响导致两个物体基本保持不变，如动画所示。动画由Adeene Denton和Robert Melikyan提供 丹顿在一封电子邮件中说:“我们肯定对亲吻捕捉中的'亲吻’部分感到惊讶。”。“这两个天体在重新分离之前只是暂时合并，这种撞击以前从未有过。” 这些发现表明卡戎可能和冥王星一样古老。研究人员并不完全确定撞击发生的时间，但它可能发生在大约40亿年前，太阳系历史的早期，据估计太阳系已有46亿年的历史。 “我们知道它发生得相当早，因为那是巨大碰撞发生的时候——我说的早期，是指太阳系形成后的几千万年，大约与(地球月球的形成)同时，”丹顿说。 澳大利亚科廷大学地球和行星科学学院教授兼副院长卡塔琳娜·米利科维奇博士说，这项研究是“数值地球物理学进步的一个很好的例子”。她没有参与新的研究。 “他们为冥王星-卡戎系统的起源提供了一个优雅的解决方案，通过以更高的保真度处理行星体的物理属性，为这个系统的起源带来了更可行的撞击和捕捉场景，”米利科维奇在一封电子邮件中写道。 地下海洋 冥王星属于一组被称为柯伊伯带的物体，它们遥远地围绕太阳运行，太阳系形成时遗留下来的数千块冰在这里徘徊。丹顿说，柯伊伯带10个最大的物体中有8个拥有像卡戎一样的大卫星，这意味着在太阳系形成时，柯伊伯带可能发生过“亲吻和捕获”碰撞。 “在撞击模型中加入更多的物理现实主义——当技术赶上自然世界的复杂性时，我们有时不得不等待——改变了答案，并为冥王星、冥卫一和许多其他柯伊伯带物体打开了一套新的可能历史，”西南研究所的工作人员科学家艾丽莎·罗登在一封电子邮件中说。 罗登和丹顿都在9月开始通过美国国家航空航天局太空生物学博士后项目工作，但罗登没有参与冥王星的研究。 一些科学家怀疑冥王星厚厚的冰壳下可能存在海洋，但有人提出疑问，在这个寒冷的世界，这样的海洋是如何形成的。 根据新的研究，当岩石、冰冷的身体粘在一起时，“亲吻和捕捉”碰撞创造了一个类似宇宙雪人的图形。西南研究所/Adeene Denton/Robert Melikyan 丹顿说，新的碰撞场景支持海洋的形成，因为这种撞击加热了天体。例如，卡戎与冥王星的碰撞会提高矮行星冰壳的温度，这可能导致它融化并形成地下海洋。 罗登说，她很好奇这样的变化是否也发生在柯伊伯带其他有大卫星的物体上。 “形成卡戎的撞击——或者说冥王星和撞击器的特征——是否有什么特殊之处，导致冥王星成为罕见的(柯伊伯带天体)海洋世界？”罗登说。 也有可能在卡戎与冥王星分离后，从近距离轨道移动到更远的轨道，两个天体都经历了潮汐加热。当行星或卫星的内部由于轨道上两个物体之间的引力而被加热时，这个过程就会发生。 “这很重要，因为我们不确定冥王星在撞击前可能拥有什么样的热条件，”丹顿说。“如果冥王星是作为一个没有海洋的较冷的物体形成的，那么巨大的撞击可能会提供关键的转折点，然后推动冥王星形成并维持地下海洋。” |
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