有科学家形容新视野号探索太阳系是“把最好的留在了最后”。在新视野号抵达前,因柯伊伯带距离太阳遥远,环境极寒,由挥发性气体、水冰和少量岩石构成,科学家认为这里的天体,比如冥王星,大概率和彗星一样,冰封且不活跃,柯伊伯带还被视作短周期彗星发源地。但新视野号的探测结果却颠覆了认知,冥王星异常活跃。
本期介绍的汤博区是一大亮点,它是块氮冰平原,表面地形奇特。汤博区位于冥王星和卡戎的潮汐轴上,很可能发生过漂移,不过不是陆地板块运动,而是冥王星自转轴偏转。约40亿年前,柯伊伯带天体撞击冥王星北极附近,形成大坑,氮冰重新凝结成至少4公里深的氮冰平原,即人造卫星平原。其因水冰、氮冰凝结质量改变,加上卡戎潮吸力,致使冥王星自转轴偏转,与卡戎对齐,还让周边地形出现锯齿状断层。有科学家推测人造卫星平原下可能存在地下液态水海洋,因为平原的冰或许不足以让自转轴大幅偏转。像欧罗巴等卫星靠母星潮吸力维持地下海洋不结冰,冥王星则可能依靠放射性元素衰变和地核热量,在诞生早期使地层冰融化,岩石补充到地底核心,维持海洋液态。撞击使陨石坑底部地层变薄,地下海洋压力将地层上推,海水填充陨石坑,经漫长时间形成如今地貌。分析新视野号数据可知,冥王星地下海洋可能正在结冰,虽发现结冰第一阶段,但未发现第二阶段,意味着部分海洋可能仍为液态,人造卫星平原下的海洋大概率还未结冰。
冥王星的冰火山也别具一格。地球火山因岩浆粘稠易堆积,呈顶小底大的锥形;冥王星冰火山喷发的是水冰和气体混合的冰岩浆,挥发性强,不会在火山口堆积,没有经典火山造型。如莱特山和皮卡德山的大坑可能是冰火山遗迹,人造卫星平原西边有富含氨的冰岩浆喷发形成的红色覆盖物,喷发持续不到十亿年。
冥王星还是少数拥有冰川的星球,其氮冰冰川很活跃。受季节变化和大气循环影响,氮冰在温暖时升华参与大气循环,寒冷时重新冻结。与地球冰川不同,氮冰融化的液氮因密度低于固体氮,会上升到氮冰顶部喷出。冥王星部分表面是水冰,氮冰冰川流入水冰平原时,水冰会上升到氮冰冰山顶部,形成“水冰山”。
冥王星上的细胞地形由热对流形成。地层热量溢出使中间隆起,周边收缩,形成高低落差。冥王星的大气得益于汤博区,这里每天经历固态氮冰升华、冻结的循环,控制着冥王星的大气循环。而且汤博区的循环和风向很独特,风往西吹,与冥王星自转方向相反,在西边形成沙丘。冥王星沙丘的沙子是固态甲烷颗粒,从沙丘规模推测,过去冥王星大气更浓、风力更强。
科学家通过陨石坑判断天体地形年龄,地表越平坦,地形年龄越年轻,如人造卫星平原;陨石坑越多,年龄越大,像汤博区周边山区。但冥王星和卡戎找不到小于两公里天体撞击形成的陨石