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冥卫一上曾经的海

最近的科学研究推测,在冥王星的兄弟——冥卫一卡戎(Charon)的表面,或许曾有一片液态水的海洋。

这个消息或许会让你惊讶不已。要知道,冥王星的表面可是连氮气都会因为严寒而被冻结成冰的,与冥王星同样身处偏远的太阳系边陲地带的卡戎,又怎么会跟只能存在于温暖环境中的液态水扯上关系呢?

地球人经常念叨水是生命之源,可对太阳系来说,水,实在不算什么稀罕物件。就拿冥王星和卡戎的家乡——柯伊伯带来说,里面的大部分小天体,事实上都是一个个冻得梆硬的冰块。显然,太阳系边缘这些泛滥的冰坨坨并不是我们感兴趣的东西。太阳系最稀缺的东西,事实上是液态水,因为液态水有一个潜台词,就是它很可能代表着适宜生命存在的温度(按地球标准大气压来算,也就是0-100℃)。冰冷的宇宙中一旦出现这个温度阈值,对生命来说,简直是一个大写的奢侈了。

科学家靠什么推测出卡戎上曾有一片液态水的海洋呢?靠新视野号拍摄的遥感照片。从星球尺度看,卡戎的地理格局其实很简单,南半球相对平坦,北半球则相对崎岖。两者的交界线,是一片东西走向的深谷群,由东向西,分别是Mandjet深切谷和Serenity深切谷,以及位于最西侧、走向逐渐往南北方向转换的Argo深切谷。

新视野号拍摄的卡戎地表遥感图,图片来源:Beyers et al. (2017), 见参考文献。

正是这些深切谷本身,为科学家揭示出了卡戎亿万年前不寻常的环境奥秘。因为按照常理,像卡戎这类小不点儿星球上,不会出现太强烈的大地构造作用。大地构造作用(Tectonism),是指一颗星球的岩石圈在星球本身的内部能量作用下而发生的动力学行为。说白了,这种动力学作用,控制着一颗固体星球表面哪里有断裂带、哪里有山系、哪里有高原。

以我们熟悉的地球为例,地球坐拥着全太阳系最复杂的大地构造作用——板块运动(Plate tectonics),而且至今仍在活动,是了解构造运动能量来源的活教材。板块运动直接受岩石圈下部软流圈的拖拽,但软流圈并不是能量的“发源地”——它同样是现象,是一种被触发的结果。触发并维持软流圈亿万年持续对流的能量炉,是深埋于星球之心的地核。

确切地说,维持地球上大地构造作用的能量来源,是聚焦在地核中的放射性重元素持续裂变而产生的热量。每一刻,星球都在运用这份能量,驱动它表面的地质作用。打个不恰当的比喻,如果星球是个“电器”的话,地核就是它的“电池”了。

但问题的关键在于:不同的星球,“电池”的电量有大有小,星球耗光电量的快慢也不尽相同。

把小巧的卡戎(左下)拿来跟地球和月球比一比。图片来源:Wikipedia

冥卫一的“电池”

像卡戎这类小星球就耗得很快。他们本身体量小,在从尘埃汇聚成星的过程中,压根就没有聚拢到像地球那么庞大的放射性元素基数。另一方面,卡戎这些地处太阳系外围的家伙们,本身已经是更大一级筛析作用的结果——原行星盘的分异作用导致它们的成分主要是冰。这个距离下,连岩石(硅酸盐)都很稀少,还能指望有多少更加稀有的放射性元素吗?

由此造成的结果就是:这类小星球刚形成不久,就会很快冷却掉。一凉下来,就进入内动力静默状态。地壳不活动、地幔不活动,星球表面光秃秃,类似火山、地震之类塑造地貌的活动统统停滞。几十亿年前的陨石坑都能一直保存到现在。咱们自己的月球现在不就是这么一幅模样么,更何况还没有月亮大的卡戎呢?

然而,新视野号确实在卡戎的表面拍到了活跃构造运动的痕迹。既然它的地核不给力,那么维持这份构造作用的能量,到底又来自何方呢?

科学家想到了水。

逻辑是这样的。作为柯伊伯带天体,卡戎的水成分特别丰富。在它生命早期,余温尚在的地核应该还能维持一个温度相对较高的热场。由于这个热场的温度随时间连续递减,在某个时间段内,它的表壳温度,可能会恰好处在能使水以液态形式存在的阈值。

然后温度继续降低。卡戎那小身板儿根本没法维持一个浓密的大气层,失去了热源的水就会直接暴露在宇宙空间中,统统结成冰。卡戎的海洋表面首先结冰,形成了一层新生的冰壳。这层冰壳,就是后来我们在新视野号拍回的照片上看到的、冥卫一的那片大地。

关键在于,我们知道,水由液态向固态的转变是个体积膨胀的过程。随着冰壳之下海水的继续冻结,新生的冰壳浸漫在一种充斥着拉张力的环境下。在这种拉张力的作用下,冰壳被撕出层层裂口,孕育出纵横交错的深谷、孕育出层层叠合的地堑。这些构造痕迹一经保存就是几十亿年,直至我们得以观察的现在。

科学的解释就到这里。在这种可能性下,卡戎的昨天是一副什么样的光景呢?

这才是值得发挥想象的地方。

曾经的黑镜之海

太阳系的半径太大了,以至于在它的边缘地带,太阳早已不是一团散发着光热的火球,而不过是一颗看起来稍微明亮一些的星斑而已。无法接受足够的光芒,卡戎之海也就漆黑如镜。这颗叫做太阳的星斑,和横贯深空的银河一同,映照在这面冥土的黑镜上。稀薄的大气层吹不动奢侈的风,冥卫一之海的表面,自然也就波澜不惊。

没有任何人知道这片冰冷的边缘之海到底有着什么样的景象。但是,我们却可以用想象来触及那片可能性。图片来源:desktopwallpapers4.me

太阳系此时还不太稳定,时不时会有小天体飞来,撞入这平静的世界,在大海上激起巨浪。然而,没有大气层也就代表着没有空气震荡,这类放到几十亿年后地球上足以造成绝灭的事件,在太阳系的边缘,不过也就是一场无声的默片。

卡戎的核心慢慢冷却下来了。温暖的黑镜,终归化为了干燥的冰原。地壳中留下一些沟谷,算是这段时光的印迹。整个太阳系慢慢达到动力学平衡后,也就不会再有多少小天体光顾这里了。但是,当时的卡戎大概不会想到,在45亿年后的世界,它还会迎来一次看似波澜不惊的飞掠。

这次的飞掠者并没有小天体那般汹汹的动量,飞掠者那高度齐整的几何形态上,闪着不属于自然造物的光泽。早已冻结的卡戎并不会知道,这次的来客其实是一台智慧的造物,它的名字中蕴含着某个智慧物种远征的本能,蕴含着那个物种誓将自己的目光投向宇宙边缘的愿景。

因而人们称它为“前所未见的地平线”(New·Horizon)。

新视野号不会等待卡戎。短暂的邂逅,容不下任何加深理解的机会。执行者头也不回地朝着宇宙一路飞越,和逐渐减弱的信号一起,消失在茫茫深空。所有对对方的了解,都在那场短暂的邂逅中凝成无声的电波。这电波掠过海王星、掠过天王星、掠过土星环、大红斑和奥林匹斯山,然后回到热层、中间层、平流层,回到地面,回到它的家乡。

在信中它说,它看到了过去的时光。在太阳系冰冷的边缘,或有一片曾经温暖的大海。(编辑:Steed

参考文献

  1. Beyers et al. 2017. Charon Tectonics. Icarus. In press.
The End

发布于2017-01-16, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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溯鹰

构造地质学博士、科学松鼠会成员

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