解密冥王星，与冥卫一异卵同胞？为何如此不同？
花了九年多的时间，经过30亿英里(约合50亿公里)的长途跋涉，“新地平线”号探测器终于抵达了冥王星，让我们有机会第一次近距离观察太阳系最外层的世界。同时我们也从地面了解到了关于冥王星系的一些蔚为壮观的事实。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 /西南研究所。
冥王星周围的大气层由氮、一氧化碳和甲烷组成
一颗巨大的近轨卫星冥卫一（Charon），以及另外四颗卫星—冥卫五（Styx），冥卫二（Nix），冥卫四（Kerberos），冥卫三（Hydra）的存在
冥王星表面实际上呈红色，某种程度上是由于强烈的太阳紫外线的辐射分解
当然，当我们最终到达冥王星时，这一切变得更加有趣了！
图源: 约翰·霍普金斯大学应用物理实验室
随着探索的深入，一些值得期待的东西逐步被发现：冥王星的精美细节，棕红色地表皑皑白雪。除此之外，还有与冥王星紧密相连的冥卫一，它和冥王星总是面对着面，但更让人震惊的是它们之间存在的巨大差异。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
冥王星是冰冷的、多山的、新生的，有许多没有陨石坑的宽广区域。相较之下，冥卫一的岩石更多，地势平坦，表面呈暗灰色。在它的北极区域存在着暗红色斑块，现在我们知道这不是由铁形成的，而是托林（tholins），一种由于阳光照射在甲烷等分子上而在太阳系外围形成的化合物。
而且，冥王星表面地形多变，如同落基山脉高处的冰山，覆盖着甲烷积雪，漂浮在由氮冰组成的各种平面之上。而冥卫一，则更像月球或水星，地貌改变没有那么活跃。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
冥王星的反射性比冥卫一更强，所以冥卫一要比冥王星暗得多。冥卫一的表面遍布一些古老的陨石坑和沟槽，而在冥王星的表面上有超过一百万平方公里的面积都没有陨石坑。(太阳系中唯一没有陨石坑的地方是木星的卫星木卫一，因为经常被熔岩重新填平。) 冥王星是一个充满了挥发性化学物质的世界，这些化学物质在阳光下升华(如沸腾，但它是直接从固体变成气体) ，上升到高层大气，冷却，凝结和沉淀。由于水、甲烷、一氧化碳、氮等主要地表成分的密度和性质不同，导致了地貌的不断变化。冥王星的表面不断经历着改造过程，隆起的山脉形成了裂缝。冥卫一则不同，它的表面并不具备这些挥发性物质。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
关于二者之间的巨大差异，最有说服力的观察还是来自于一场被精心策划并被完美执行的探测之旅：“新地平线”号探测器在飞过冥王星和冥卫一后，沿着一条路径进入了它们的阴影椎：先是冥王星，然后是冥卫一。当你处于一颗星球的背面时，是可以看到日食的。太阳被完全遮住，这时你能够看到的唯一光线来自于大气层的折射。那么，对于二者，我们分别看到的结果是什么呢？
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
冥王星的场面十分壮观。正如这张近乎真彩的照片所显示的，冥王星的大气层是蓝色的，很像地球的大气层。我们能够测量它的各个层次，确定它的组成和范围，它的温度分布，并且观察不同的元素是如何在低层、中层和高层大气中分离的。冥王星的大气层密度很高，我们曾经预测它的大气层会比较稀薄，并以某种速度向外扩展，但实际上监测到的速度小于我们预测速度的1%。尽管大气压力只是地球大气压力的百分之一的一小部分，但是冥王星依旧拥有丰富的天气系统，让我们(谢天谢地)至少有一段时间能够对其进行详细的探测。
最引人注目的是，这颗行星周围的“环”来自于折射的太阳光，被大气层折射之后刚好与探测器的相机相遇了。但是我们完全没有得到在冥卫一背后的照片，这不是因为探测器未能收集到数据，事实上数据有很多。它没有照片是因为没有光线，尽管探测器尽了最大努力，还是无法探测到冥卫一周围任何的大气痕迹。它的大气层几乎是不到地球的十亿分之一，比起冥王星来也要稀薄一万倍以上。我们能够说，冥王星是一个完全没有空气的世界。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
那么，最大的问题就在于这是为什么呢？我们没有人料到它们二者之间竟会如此的不同！从其密度来看，冥王星似乎拥有30% 的冰和70% 的岩石。你可能会认为它的颜色更深，坑洞更多，是因为冥卫一完全没有冰，百分百都是岩石，更像是接近太阳系内部的世界。但实际上它的密度要远低于冥王星：它拥有100%的冰。那么，为什么冥卫一的颜色不同呢？ 为什么遍布陨石坑？ 为什么它和冥王星如此不同？尽管我们在七月之前并不知道有这些问题需要回答，但我们给这两对异卵双胞胎拍摄到的照片，提供了答案的线索。
图源: 美国宇航局 / 约翰霍普金斯大学应用物理实验室 / 西南研究所
如上图所示，在冥王星没有陨石坑的表面，也存在着一些凹槽。我们推测这是由于固态的氮冰发生了升化，转化成气态，地表上余留下的是非挥发性物质。你可能会注意到，这些凹槽的底部比冥王星表面的其他部分显得更暗。我们暂时没有确切的证据，但是实际上很有可能在这些冰层下面的情况和我们在冥卫一表面看到的很像。换句话说，我们预测冥王星和冥卫一之间其实是十分相似的，但前提是要揭开冥王星表面的可挥发性物质。在冥王星的表面之下，有一个和冥卫一相似的世界。
那么，对于冥卫一来说，这些挥发性物质发生了什么呢？你可以看到，如果冥王星拥有的是30% 的冰 和 70% 的岩石，而冥卫一几乎是100% 的冰，就意味着它们不会有同样的组合！他们的成分不同，即使之后会形成一对双小行星。但你可以看到，当两颗星球如此接近之时，那颗密度更大，质量更大的星球，可能会从另一颗那里剥取物质。那么对于密度更小，质量也更小的冥卫一来说，这意味着它曾经拥有同样的可挥发物质，比如氮和甲烷，而冥王星偷走了它们！
图源：ESO
如果冥王星与冥卫一互不相见，那么冥卫一很有可能依然拥有这些可挥发物质，使它和冥王星一样具有反射性，一样明亮。这也就意味着，比起冥卫一，在柯伊伯带的其他星体与冥王星更加相似。在将近五十年的很长一段时间里，我们认为冥王星很可能是太阳系外围唯一的行星。现如今，我们知道它不仅是柯伊伯带中数以千万计的星体之间最大的那个，还是使冥卫一表面缺失挥发性物质外套的原因所在。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Fitz- forbes
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