冥王星和卡戎——大小自有不同！

图片来源：NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/冥王星和卡戎西南研究所

历时九年多，长途跋涉了30亿英里（约50亿公里），新视野号探测器蹒跚着步子，终于来到了冥王星，我们也终于得以近距离地观察了一次太阳系最外一层的世界，并且发现了以下几个惊人的事实：

（1）冥王星存在着由氮气，一氧化碳和甲烷组成的大气层；

（2）冥王星存在着一颗巨大的近地轨道卫星——卡戎，和其他四个外层卫星——Styx, Nix, Kerberos and Hydra

（3）冥王星整体颜色偏红，对光线的反射程度很强烈。

当然，当我们最终到达冥王星的时候，所有这些都会变得更加有趣！

图片来源：约翰霍普金斯大学应用物理实验室

随着探测器离冥王星越来越近，我们发现了一些正如我们所期待那样的事情：一颗颜色微红，看上去很细腻的冥王星，表面经常会发生着有趣的变化。除此之外，我们还发现卡戎和冥王星之间也存在着潮汐锁定，它们永远都是用一张永不变化的皱巴巴的脸庞相望着彼此。

但两个星球之间却有着明显的差异。

图片来源：NASA /约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所

冥王星上冰块很多，山也很多，还有着许多新发现的一个火山口都没有的大块平原，但卡戎似乎却是地表较为平坦并且布满了岩石，看上去颜色有点发灰。在卡戎的一极有着一个神秘的暗红色的斑点，我们目前知道的是这并不是由于铁元素的密集，而是一种名叫“托林”的东西所造成的。

“托林”是在太阳系边缘的行星上由最初的甲烷、乙烷等简单结构有机化合物在紫外线照射下形成的一种共聚物。冥王星上地形复杂多变，有着像落基山脉一样高的冰山，被厚厚的“甲烷雪”所覆盖着的地方，还有着由飘浮的氮冰组成的各种千奇百怪的东西，但是和冥王星形成鲜明对比的卡戎，却更像是月球或者是水星，看上去平平无奇，哪里都一样。

图片来源：NASA /约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所

冥王星比卡戎更加明亮。卡戎到处都是陨石坑，而冥王星却有着超过一百万平方千米的，完全没有陨石坑的地方（在太阳系中，唯一一颗表面有着更少陨石坑的地方是木星的一颗卫星，因为这颗星球的表面不断地被熔岩一次又一次的覆盖起来）。冥王星是一个被各种挥发物和化合物覆盖住的世界，这些化合物不断地在阳光下升华，直接从固体变成气体，慢慢地上升到高层大气，再慢慢冷却下来，凝结,最终又沉淀下来，周而复始。冥王星表面的主要成分 ，例如水、甲烷、一氧化碳、氮，它们有着不同的密度和性质，这就导致了冥王星表面不断地发生变化。群山起伏，裂谷形成，冥王星的地貌在时间的长河里一次次地被重塑。但卡戎就根本不是这样，这颗卫星并没有这些挥发性的成分。

图片来源：NASA /约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所

为什么这两个星球会有如此巨大的差异？探测计划中的新视野号再次给了我们答案，它在冥王星和卡戎之间飞行时,选择了一条有阴影遮盖的路，首先会飞到冥王星的阴影中去，然后再是卡戎。当新视野号飞入一个星球的阴影之中时，它就会在“月食”中看到这颗星球。道理很简单，因为太阳光被完全阻挡了，所以新视野号看到的唯一光是这个星球的大气折射的光。

那么我们到底看到了什么？

图片来源: 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

一颗非常壮观的冥王星。

正如这张接近全彩的照片所展示的那样，冥王星的大气是蓝色的，这点很像我们的地球。我们能够测量出它的大气有哪几个层次，它们各自的成分是什么，温度分布又是怎什么样，并可以观察到不同的成分是如何在低、中、高层大气中分离开来的。冥王星的大气紧密结合， 实际上在我们的设想里，冥王星会有一个更加宽松的大气环境，气体甚至会以一定的速度逸出，但我们观察到的逸出速度实际还达不到我们预测的 1%。尽管大气压力只是冥王星大气层的一个小的组成部分，冥王星却有着一个丰富的天气系统，根据这一点，我们可以进行更加深入的调查。

当然，最引人注目的是，由于阳光的折射作用，冥王星周围有着一道 “环”，光线在冥王星大气中传播时由于折射而变得弯曲，新视野号的相机就把这样的景观记录了下来。但是我们却没有一张卡戎的照片，这不是因为新视野号获取不到数据，实际上它一直在勤勤恳恳地工作。之所以没有照片可以给你看其实是因为没有光。新视野号已经尽了最大的努力，但它还是无法探测到卡戎周围任何大气层的痕迹。不到地球大气的十亿分之一，也达不到冥王星的万分之一，卡戎真的只是一个完全没有大气的世界。

图片来源: 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

最大的问题是卡戎为什么会是这样。没有人能够预料到这两个世界竟会如此的不同。从物质的密度上来看，冥王星似乎是由 30% 冰和 70% 岩石构成。要是卡戎没有冰全是岩石的话，那它会更暗，质量也会更加庞大。但实际上卡戎的密度要低得多，好吧摊牌了，它实际上几乎就是 100% 的冰。那为什么卡戎的颜色和冥王星的颜色这么不一样呢？为什么它上面到处都是火山口？尽管目前我们不知道这些问题的答案，但我们为这对“双胞胎”拍摄的一组照片，或许可以提供一些线索。

图片来源: 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

我们来看这张图片：在冥王星上面，没有火山口的平原上也有着一些坑坑洼洼的地方。假设在这些地方发生了升华，也就是固体氮冰直接变成了气态，这样就只留下了下面的那些不容易挥发的物质。你可能会发现，这些坑的底部看起来比冥王星表面的其余部分更加黯淡。可是我们还没有确定的证据，但是很可能这些冰的下面的东西实际上也会像我们在卡戎表面上看到的那样，换句话说，去掉所有覆盖在冥王星表面的冰，在冥王星的表面之下，有一个像卡戎一样的世界。

那么卡戎上面曾经拥有的挥发物经历了什么？如果冥王星是 30% 的冰和70% 的岩石，那么卡戎就几乎是 100% 的冰，这就意味着它们并不是一起形成的!它们有着不同的起源！我们把两个世界放在一起来思考一下，一个密度更大、质量更集中的世界很有可能会把另一个世界上相对松散的物质剥离吸引过来。所以卡戎也曾经拥过许多挥发性的物质，像氮气和甲烷，但冥王星偷走了它们!

图片来源: ESO，一位艺术家对双小行星 90 安提普的印象。如果这两颗小行星都有大气层，那么更密集、更大规模的小行星可能会偷走另一颗小行星的整个大气层。

如果卡戎和冥王星从未靠近彼此，卡戎很可能仍然拥有这些容易挥发的物质，并且也会像冥王星看起来的那样明亮。这也就意味着柯伊伯带中的大多数星体我们看上去都会和冥王星有些相似，而不是像卡戎。在很长一段时间里 ，大概有将近50年的岁月，我们一直都认为冥王星很可能是太阳系外部的一个孤独的天体。现在，我们知道它不仅是柯伊伯带中最大的星体，也了解了柯伊伯带里存在着数百万个星体，以及数十到数百个大的天体。

实际上这也是卡戎没有大气的原因。

选文：天文志愿文章组-

翻译：天文志愿文章组-予尘

审核：天文志愿文章组-

终审：天文志愿文章组-

排版：天文志愿文章组-零度星系

美观：天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/01/05/why-are-pluto-and-charon-so-different/#d0700c73440a