探索冥王星冰封“心脏”的神秘冰川流

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-01-29 16:21:57 | 作者:Melipal | 来源:NASA | 浏览:1948次 ]

原文标题:Probing the Mysterious Glacial Flow on Pluto’s Frozen ‘Heart’

作者:Orkan Umurhan

原文来自:NASA

Posted: 2016. 1. 8

编译:Melipal  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

“自发现以来,冥王星就一直困扰着理论家。”
——帕特里克·穆尔(Patrick Moore)爵士,《观测者的天文之书》(1971)

这句话写成于45年之前,不过今天它要比穆尔所设想的更为合适。大家好,我是奥尔肯·乌姆尔汉(Orkan Umurhan)博士,是来自新视野号地质学和地质物理学考察(GGI)小组的科学家。

冥王星表面的地质结构本身,从叶片状的塔尔塔罗斯山脊(Tartarus Dorsa)到莫戈斯暗斑区域(Morgoth Macula)神秘的暗色丘堆(这里只提到了几个非正式的地名,它们有着让人困惑的地质特征),继续困惑着我们新视野号地质学和地质物理学考察(GGI)小组的每个成员。

在过去的一个月里,我一直在考察无数的理论与模型问题,尝试解释冥王星冻结冰原——人造地球卫星平原高地(Sputnik Planum,简称SP)内发生的过程。在另一项平行的工作中,我还在研究从SP东岸相邻的高地区域流向SP中的冰川流的本性。在这篇博客中,我会讨论冰川流问题。

首先,让我们来看一些冥王星冻结冰原上冰川流的照片。

几乎从正上方拍摄的冥王星冰原照片,图中展示了暗色的条带,与冰川冰碛类似(图片提供:NASA/JHUAPL/SwRI)

这张低角度的照片展示了图中右下方的冰川流图样,它们一直延伸到冥王星上非正式名称为人造地球卫星平原高地的中心区域。(图片提供:NASA/JHUAPL/SwRI)

以上是SP东侧同一区域的两张照片,其中一张是几乎从正上方拍摄的,另一张的视角非常低,显著突出了地貌的起伏。在正上方拍摄的照片中,你可以看到从右侧发出的暗色条带,它们流入开放的平地中,勾勒出了叶状图样。这就好像是高温蜡油从倾斜的平原流下一样。暗色物质类似地球上看到的冰川冰碛类似。不过由于这是在冥王星上,我们并不清楚暗色的物质是什么,也不知道所见的图样是否真的是地球传统意义上的冰碛。

然而我们确实知道新视野号组分小组的同事告诉我们的东西:他们非常可靠(嗯哼!)地确定,SP以及邻近区域的地表物质主要由氮冰、一氧化碳冰和甲烷冰组成,不过几种成分的相对比例还没有被确定出来。

我一开始假设流动的物质主要由氮组成,其中含有一些一氧化碳,这两种成分有着相似的分子键结构。基于在冥王星表面特征低温(零下390华氏度,合38开尔文)条件下进行的少量实验室特性研究,这些挥发物的流动速度应该比弹性橡皮泥慢得多,不过要比地球冰川中的水冰快得多。

有着人造地球卫星平原高地周围高原区域的尺度和起伏的易挥发冰态物质的响应时间让我们得出了地质物理学结论,也就是这些起伏很大的结构(冰山)可能并不是由任何一种单纯的易挥发冰雪组成的,原因是这样的组分在很久之前就会变平了。相反,我们猜测,高原地区更有可能是由结构上非常坚固的水冰“基岩”组成,上面覆盖着非常薄的氮冰和/或一氧化碳冰包层。

这时我登场了:我将易挥发的冰态物质的所有实验室资料以及不同的地质物理学观点输入数年前自己构筑的冰川流数值模拟平台。我和地质学小组的其他成员曾使用这个工具来考察不同的科学假设。

图片提供:Paul Schenk, Ross Beyer and Orkan Umurhan

举例来说,其中的一个任务是考察可能的过程,来解释观测到的叶状图样(想一想高温蜡油)是如何出现的,氮冰冰川的模型是否可以解释我们看到的情况。为了完成这一点,我一开始借助了上图所示的数字式海拔模型(DEM),利用冥王星表面垂直高度差0.6英里(1千米)区域的立体图像。我将这一模型视作我的基岩表面,随后增添了氮冰,并研究响应情况。

图片提供:Orkan Umurhan

上图展示了模型表现出的响应事例。我采取了这样的地表基岩,然后添加了氮冰冰川(在左图中以红色椭圆表示)。在这个模型中,我还增加了一个特征,表示沉积氮冰均匀的累计,数量大约是每年1码(1米)。外流状态如右图所示。在这个人工例子中,我在红色圆圈所示的区域内放入了将近400码(400米)冰态物质。最终的流动状态(包括前端漂亮的瓣状结构)在大约20个地球年的时间里出现了。这个速度很快!你还可以看到氮冰在环形山内部的积累。这是由于持续的冰态物质沉积也会沿陡坡向下流动,并在内部积累起来。

在了解复杂的冥王星的过程中,我们的进展很慢,但是确实在取得着进展。请关注大约一个月之后我的下一篇博客,那时我会得出更多很酷的结果!

(全文完)

Tags:冥王星 冰川

责任编辑:Melipal

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