科學家打開了哆啦A夢的口袋 （矮行星）
2024-04-14 23:32:16
自從在太陽系發現了矮行星後，冥王星就降級了，同時對於科學家們而言，就好像是發現了一個全新的世界——「哆啦A夢的口袋」打開了。科學家們以前一直以為這些矮行星只是一堆沉悶的巖石，這些天體只是一些沒有空氣的冰冷的巖石世界，在自己的軌道上了無生氣地運行。然而隨著科學家們對它們研究得越多，它們就變得越來越令人震驚和有趣。它們是一個充滿了有趣的地質現象和歷史的世界，它們甚至可以告訴我們很多關於太陽系的事情。
科學家們相信在我們的太陽系中可能有數百顆矮行星。不過到目前為止，科學家們只確定了六顆，其中五顆分別是：有衛星卡戎的冥王星、紅色的賽德娜、明亮遙遠的鬩（xì）神星、鳥神星和豆形的妊神星。它們都運行在距離太陽數十億英裡的海王星軌道外側的柯伊伯帶內。它們只是冰山一角，可能還有很多，更多的矮行星等著被發現。
小行星帶是在太陽系中火星和木星之間的一個區域。這是大多數小行星所在的地方，這些都是太陽系形成後留下的一些碎石塊殘渣。
在太陽系的早期，小巖石相互碰撞，粘在一起並形成了巖石狀的內行星。矮行星也是這樣形成的，當時穀神星已經變得相當大了，在它停止生長之前，它正在變成一個行星。這使它的體積與那裡所有其他的小行星相比就顯得鶴立雞群。
要成為行星，它必須要具備三個要素，首先，它必須是一個球體；其次，它需要圍繞太陽而不是另一個天體運行；第三，它需要清除軌道區域的其他碎片。
顯然穀神明只具備了兩個要素，它是一個球體，但很小，只有965公裡寬，是美國德克薩斯州的大小。
它繞太陽公轉，但它沒有能力清除軌道上的碎片，它被小行星包圍著。
所以它無法成為一顆行星，儘管我們稱這些天體為矮行星，但矮行星並不等於微不足道。
科學家們一般認為，矮行星個頭小，剛形成時熔化的內核心會比較快地冷卻。所以現在的矮行星的內核都應該已經冷卻，驅動地質活動的熱源也會同樣已經冷卻。
所以科學家們認為穀神星基本上只是一塊巨大的巖石，不會有什麼有趣的事情發生。而當他們真正接觸到穀神星的時候，才發現之前的觀點和真相大相逕庭。
2015年3月，美國宇航局的黎明探測器抵達穀神星，當黎明號宇宙飛船到達穀神星時，科學家們看到了他們所期望在表面上看到的隕石坑。
然後突然，一些完全神秘的東西轉到了他們的視野中。在穀神星表面的一個隕石坑中有兩個亮點，幾乎像兩隻眼睛一樣。就是上面圖中那個大隕石坑中的兩個亮點。
這兩個亮點對科學家們來說感到非常困惑，因為不知道那裡什麼東西？
看起來像是冰，似乎很新鮮。接著科學家們又發現100多個這種神秘的白點。最大的一個位於80公裡寬的奧卡特撞擊坑裡。
它們到底是什麼？
經過分析，構成這些白點的物質是我們在地球常見的一種物質：碳酸鈉——一種鹽。
科學家們認為穀神星上的鹽非常年輕，估計最年輕僅僅只有400萬年。從地質學的角度來說，這基本上和昨天差不多。
是什麼讓一個長期被認為已經死亡的星球上出現了一片片的鹽呢？
行星地質學家賈尼?雷德伯認為，這些鹽和地球上加利福尼亞莫諾湖中的結晶鹽類似。
在某個時間莫諾湖的一部分湖水裡溶解了很多礦物質，然後隨著湖面的消退，湖水蒸發，留下了這些礦物質就是結晶鹽。
加利福尼亞莫諾湖的大片白色沉積物——結晶鹽
研究人員相信穀神星上也發生了同樣的過程。這意味著在穀神星的地表下一定有液態水。
但這是怎麼可能呢？
這是在小行星帶，這裡是深度冰凍的世界。
這些亮點位於隕石坑的中心，它們位於表面的裂縫周圍。這告訴科學家們，這種物質是從下面湧到表面上來的。
絕對沒有人預料到穀神星表面下方會有液態水。科學家們無法解釋能讓這些水保持的溫度從哪裡來？
在一些衛星上，引力的牽引會使內部保持溫暖，比如木衛一。但穀神星並沒有靠近任何其他非常大的天體。所以令人驚奇的是科學家們甚至不知道這顆巖石行星是如何工作的。
可能還有另一種能源，另一種加熱內部的機制，只是我們還沒有發現。
為了找出穀神星是如何有液態水的，我們再次回到46億年前太陽剛形成時，在這個過程中留下了很多碎片，它們撞擊在一起形成矮行星。
當它們成形時，較重的巖石材料下沉到中心，形成一個熾熱的熔化的核心。泥水和浮冰漂浮到頂部，一段時間內，它保持著液態。
但一旦核心冷卻，它就會凍結並形成固體的外殼。
看來回到從前還是不能找到答案。所以鹽的出現仍然是一個令人困惑的謎，仍然沒有回答這個問題「穀神星上怎麼可能還有液態水？」
一些科學家提出，穀神星地表之下可能存在鹹海，它不是純水，而是和其他東西的混合物。高濃度的鹽降低了水的冰點，使水保持液態。
當小行星撞擊使地殼破裂時，鹹水從下面滲出，然後液體迅速蒸發，但鹽仍然存在，並在表面留下一個明亮的白點。
如果這個觀點正確，那麼這意味著液態水現在非常接近穀神星的地表面。
【穀神星是一個「移民」】
隨著對穀神星的深入研究，科學家們發現穀神星是一個「移民」，即小行星帶不是穀神星的「出生地」。穀神星很有可能是與數百顆其他矮行星一起誕生於太陽系外圍。
因為正常情況下天體的材料與周圍其他天體的材料應該相同，但穀神星的情況並非如此。小行星帶主要由乾燥的巖石體組成，都含有構成巖石內行星的那些重元素。
穀神星卻截然不同，穀神星本質上是一個冰塊的世界，這與周圍的巖石世界的小行星格格不入。
另外穀神星上的冰還含有一些化合物，但這些化合物並不存在於太陽系早期的小行星帶中。比如穀神星上有大量的氨，科學家們在太陽系內部附近找不到氨的存在，但在外太陽系，科學家們確實找到了氨。在冥王星、冥王星的衛星卡戎以及冰凍的柯伊伯帶上都發現了氨。
所以科學家們認為氨的來源應該是在太陽系中非常寒冷的地方，比我們今天發現穀神星的地方還要冷。
但是，一顆帶氨的冰矮星，距離太陽有數十億英裡遠，穀神星是怎麼來到這裡的呢？
讀過筆者寫的系列科普文的讀者應該知道，在整個太陽系的歷史中，行星的軌道是經常漂移的。比如木星、天王星、海王星等等。所以矮行星也同樣如此。
越來越多的證據表明穀神星形成於太陽系的外圍，是某種東西把這個小世界帶了進來。至於是什麼東西，答案依然是那個太陽系的「惡霸」木星。
在木星最初形成之後，這顆巨大的行星向太陽螺旋接近。它巨大的引力擾亂了太陽系其他天體的軌道，包括穀神星的軌道。
太陽系是在一個由氣體和塵埃組成的圓盤形成的，當木星形成時它會穿過這些物質，而當它穿過這些物質時，它就會受到阻力，動能降低。於是太陽的引力戰勝木星的離心力，木星就會開始相對緩慢地向太陽移動。
穀神星形成於太陽系的外緣，它從柯伊伯帶中脫離出來，並因為木星的移動而向內拉。當木星停止移動時，穀神星也停止了移動，然後在小行星帶上進入了一個新的穩定軌道。
既然穀神星是個「移民」，那麼是否有其他矮行星也發生過類似的情況呢？
答案是肯定的。科學家認為，曾經有數以百計的由巖石和冰塊構成的矮行星，因為木星的緣故，組成一支中隊呼嘯著進入太陽系內部。
但只有一個倖存了下來，如果外太陽系中有一群小矮星向內遷移，穀神星可能是唯一的倖存者，碩果僅存的一顆。
所以如果穀神星在小行星帶的新家安頓下來。那其他的冰世界矮行星在哪裡？它們可能成為了太陽的一部分，也可能與其他內行星相撞並溶為一體或成了對方的衛星。
矮行星從太陽系外轉遷移到太陽系內容的理論還有一個佐證，可能就在我們的身體裡。
很長一段時間以來，科學家們一直在想地球上大部分的水是從哪裡來的？
因為地球在太陽系的雪線以內，離太陽很近，這裡就不應該有水的存在。在地球形成的過程中，由於太熱，水無法在地表上存在。
然後矮行星是在太陽系外圍形成的，那裡富含水。在這些矮行星的旅程中，有一部分撞向了地球，用富含水的巖石向地球傾瀉。這些巖石中的水足以填滿地球的海洋。
而且令人驚訝的是，當科學家們研究水的化學成分時，發現最能夠匹配我們身體內的水是來自於小行星的水。
小行星或矮行星它們在數十億年的時間裡，不斷地降落並撞擊地球。更讓人稱奇的是，矮行星可能還帶來了一些其他的東西。
2017年2月，科學家宣布在穀神星表面發現了有機物質。
在地球上，生命所需要的水和有機化合物，矮行星同時擁有這兩種物質。冥王星和穀神星都存在有機分子，地表下也都存在液態水。
有一種能源可以使星球內部暖和起來，在這些冰冷的地表之下有生命存在並非完全不可能。
在矮行星塞德娜和鳥神星上科學家們都發現有紅色的斑塊，這種顏色來自一種叫做索林的有機分子。而它們可能就是生命的起源。
化學現象來看，這些矮行星就像是太陽系的試管。如果太陽系裡到處都是這樣的小天體，它們有液態水或冰，那麼它們就有可能成為生命的孵化器。只要生命附著在這些小天體上，隨時準備撞向另一個天體，並在那裡播種。
這就意味著，生命有可能在整個星系的區域都存在。也許我們的存在，應該感謝矮行星的存在。
【塞德娜可能是太陽偷竊而來的】
矮行星塞德娜是一個約1600多公裡寬的世界，但它在太陽系中的軌道距離非常遙遠，是科學們在太陽系中發現的最遠的天體。
如果你站在塞德娜的表面回望太陽系，太陽看起來會像一顆非常明亮的恆星，但不會比一顆真正明亮的恆星亮多少。
和冥王星一樣，塞德娜也有一個奇怪的橢圓形軌道。塞德娜距離太陽的距離從110億公裡到1500億英裡不等。
塞德娜的橢圓軌道於冥王星的橢圓軌道
冥王星之所以有這樣橢圓形軌道，是因為靠近海王星，海王星的引力會影響它的軌道，並使它進入橢圓軌道。
但賽德娜的奇怪之處在於它的軌道離任何一顆主行星的距離都那麼遠。它怎麼會變成橢圓呢？塞德娜永遠不會離海王星那麼近，它離那個軌道很遠。
這就意味著，塞德娜不能用我們知道的一些理論來解釋。而太陽系其他的一切天體：八大行星和其他許多，許多的小天體，科學家們都能解釋為什麼它在那裡誕生或運行。
塞德娜不能用那些天體的理論來解釋，而且當用計算機來模擬改變天體運行的軌道時，塞德娜幾乎不可能在我們的太陽系中形成，然後改變軌道，使它變成橢圓形並飛到離太陽那麼遠的地方
這意味著也許，它不是在太陽系內形成的，它可能是來自一個陌生的世界。
那麼我們的太陽系是如何捕獲一個來自外星世界的天體的呢？
讓我們再次把時間倒回到太陽系剛出生的時候。那時候太陽出生在一個恆星的託兒所，那裡有許多其他嬰兒恆星。
所以，如果太陽出生在一個非常密集的區域，許多其他恆星同時在這一區域誕生，那麼在這些恆星形成行星時，它們之間的就會進行物質交換。
塞德娜可能和其他恆星周圍的天體一樣，在一個漂亮的圓形軌道上形成。我們的太陽經過了那個外星太陽系的主要行星。如果那顆恆星離太陽足夠近，我們的引力可能會把塞德娜給偷出來。很有可能其他矮行星也是從其他星系中被綁架而來。
這些外來星攜帶有外星世界的水，甚至是外星世界的有機物質並帶到太陽系內行星上。
如果這個理論正確的話，那麼我們，地球上的每個人可能原本都是「」。
另外，還有一種可能的解釋，那就是筆者在講述冰巨人天王星與海王星時曾提到的那個可能隱藏在我們太陽系中的「第九行星」。
這個遙遠的隱藏的第九行星被認為是非常巨大，它的引力可以使得塞德娜的軌道形成橢圓形。只是科學家們還沒有找到第九行星。
科學家們認為我們的太陽系可能還有許多像塞德娜一樣的小天體，它們離我們很遠，科學家們無法探測到它們，所以可能還有成百上千的這樣的天體。這些太陽系中新的組成部分還在等待著科學家們去發現。
而這些遍布太陽系的矮行星正在揭示隱藏的生命。因為科學家們已經在這些矮行星上發現了生命的要素。比如在塞德娜、鳥神星、冥王星等上發現索林有機分子，在穀神星發現結晶鹽，以及在在冥王星上發現了地下海洋。
科學家們過去一直認為水只可能存在於宜居帶。這裡即不會很熱，不會導致水的沸騰也不是那麼冷，水不會結冰成固體。但現在這個觀點顯然已經Out了。
我們環顧四周，發現周圍到處都有水。我們在太陽系最意想不到的地方發現了水。在離太陽非常遠的地方發現液態水讓科學家們感到震驚。
事實上這些遙遠的世界時，還有不斷的驚喜出現。
【明亮耀眼的鬩神星】
更遠的地方是鬩神星，它距離太陽約145億公裡，它的表面溫度大約零下240攝氏度。
鬩神星絕對是一個誘人的天體，表面看起來幾乎完全是明亮的，可以說鬩神星是太陽系中最耀眼的天體之一。它會反射96%的光線。
明亮耀眼的鬩神星
科學家想知道為什麼會這樣。當「新視野號」訪問冥王星後，科學家們找到了答案。
在「新視野號」探索冥王星時發與一個有趣的小細節，冥王星上有些東西看起來很像沙丘，這個沙丘完全是由冰顆粒構成的。
然後要形成「沙丘」必須要有風，當攜帶著沙子的風吹過山谷時，留下沙子並沉積，最終形成這些巨大而美麗的沙丘形態。
我們的星球足夠大，可以容納大氣層，當空氣被太陽加溫後會就上升，新鮮空氣從下面補充進來，於是就產生了風。
冥王星很小，離太陽很遠，很難保持住大氣層。而「新視野號」的確發現了冥王星有薄薄的大氣層。但這種大氣層是暫時的。因為冥王星的軌道是橢圓形的，有時它離太陽很遠，有時則離太陽比較近，天氣會變得暖和。這樣冥王星就形成了一種冬夏兩季的氣候。
所以冥王星的大氣層取決於季節，在夏天，它足夠暖和，額外的熱量蒸發了表面的一些氮冰，於是形成了一個稀薄的大氣層；在冬天，大氣層就凍結了。
當有大氣層時，儘管冥王星的大氣層很薄，但仍有風存在，但只要有足夠的風，小顆粒就會開始移動，風就可以帶走這些顆粒，於是就會形成「沙丘」。
所以，科學家們認為，很多矮行星在繞太陽運行一圈的過程中，星球的表面可能會發生顯著的變化。
這有助於解釋鬩神星明亮的表面，鬩神星離太陽的距離是冥王星的三倍遠。這個時候的鬩神星表面的氮就會凍結在表面。就像冥王星進入冬季時一樣氣體會結成冰，使得星球表面反射性變得很強。
【穀神星上的火山可能會消失】
這是一個奇怪的，突出的山，有著非常，非常尖銳的側面。與穀神星上的其他任何地形相比顯得非常突兀。
這是一座三英裡高的山，在穀神星的整個表面上，沒有任何其他東西能與它相比。可以說，阿胡娜·蒙斯主宰著穀神星的景觀。
穀神星上的「阿胡娜·蒙斯」火山
由於其陡峭的側面和巨大的高度，它看起來很像地球上的火山。但地球上的火山仍然有地質活動，穀神星很小，它的核心應該是早就冰結了。
在地球的冰島，有一座火山的形狀與阿胡娜·蒙斯火山相似，那就是赫爾加菲火山。
這座火山被稱為流紋巖穹頂，它是一種熔巖。通過地表裂縫被擠壓出來，然後形成這種泡泡狀的穹頂。被從下面擠出的巖漿一點點推高，在地球上，當熾熱的巖漿泡會從地表裂縫中慢慢擠出，就會形成一座山坡陡峭的火山。
但是像穀神星這樣的矮行星太小了，不可能有一個熾熱的熔巖核心來支持火山活動。
不過，雖然這些小星球上沒有熔巖，但上面有很多冰。而且地表下面還有很多水。如果水能通過裂縫向上流動並在地表噴發，也會得到一座「火山」，科學家們稱之為冰火山。
當液態水從表面的裂縫中擠了上來後，它很快就結冰，然後開成了這座冰火山。這座冰火山，可以看到它具有很年輕的特徵，它並沒有被侵蝕。
穀神星上冰火山的形成
在地球上，風和水會慢慢侵蝕這赫爾加菲火山。而穀神星因為沒有風或其他天氣因素侵蝕冰火山，所以冰火山一旦形成，它們將在地表上停留達數十億年。
胡娜·蒙斯冰火山讓科學家們奇怪的是，它是穀神星上唯一的一座高山。
為什麼會這樣？
通常情況下，不會只有一座冰火山，應該有很多這樣的火山。事實上，穀神星可能曾經有很多冰火山，但今天它們都消失了。也就是說，穀神星上這座唯一的冰火山也可能會消失。
火山正在消失的說法，聽起來就像是科幻小說，而事實上，在符合某些條件的情況下，確實可以發生這種事情。
這個「魔術」的關鍵就是引力，它能使固體變平。至於多快，取決於材料的結構組成。
如果你想在海灘上建一座沙堡，你就不能用幹沙，它粘不到一起。所以你得在裡面混合一點水，這樣當你建沙堡的時候，它就會粘在一起了。但是如果你加入了太多的水，它又會流走，會變成粘性流體，然後就會塌下來。
事實上，冰島的巖石火山，也會在自己的重壓下慢慢變塌。像冰島的赫爾加菲火山，它也在慢慢地往下塌，只是速度非常慢，在人類的時間尺度上，我們無法直接觀察到的。
穀神星表面可能有許多冰火山，只是現在它們不再顯示出任何存在的痕跡。所以阿胡娜·蒙斯火山同樣會慢慢地回到這個星球地表上。
【矮行星還有很多未解之迷】
為什麼穀神星不再形成冰火山？這還是一個未解之迷。事實上這個謎團只是圍繞矮行星的眾多謎團中的一個。
還有許多與其他矮行星相關的謎團有待科學家們去解決，比如矮行星是如何得到衛星的。
矮行星通常有軌道衛星，科學家們發現所有最大的矮行星都有衛星環繞在它周圍，大多數都只有一個。妊神星有兩個，冥王星有五個。
大多數矮行星的衛星都很小，不會比小行星大多少。但有一個衛星卻大不相同，就是冥王星的衛星——卡戎。
冥王星的衛星可以說比冥王星還古怪，筆者在講述冥王星時曾詳細說過卡戎的情況。
然而卡戎還有一些令科學家們感到頭疼的問題。作為衛星的卡戎，與冥王星比起來，個頭顯得太大了。與其說卡戎是衛星還不如說「冥王星——卡戎」是一個雙行星系統。
在太陽系中沒有其他行星的衛星與主星相比，比例如此之大，以及如此之近。
和其他雙星一樣，冥王星和卡戎圍繞一個中心引力點運行。冥王星和卡戎被困在這場引力舞蹈中，他們總是面面相覷。
冥王星和卡戎最有趣的一點是它們處於我們所說的潮汐鎖定狀態。當冥王星和卡戎形成的時候，它們可能都在各自的自轉軸上旋轉，但這兩個星球的自轉速度逐漸減慢，並最終鎖在了一起。在公轉過程中一直用同一面對著彼此。
但是冥王星的自轉是反的，就像一個陀螺側躺著旋轉。所以卡戎圍繞冥王星的軌道也是反的。
太陽系中幾乎每一顆行星都有一個大致指向同一方向的軌道軸。而冥王星卻傾斜了大約120度，長期以來，科學家們一直想知道是什麼導致了這種差異。
是卡戎把冥王星拉過來了嗎？或者說傾斜是由形成卡戎的撞擊造成的？
通過「新視野號」的觀察，科學家們猜測，有一個物體撞到冥王星的頂部，撞擊震碎了地表，水滲出並填滿了隕石坑。液態水使冥王星失去平衡，而與卡戎的引力舞蹈將這顆沉重的「心」旋轉到了另一邊。
斯普特尼克平原（就是那顆「心」）之所以在原地形成，是因為冰可以在一個巨大的撞擊坑的底部積累，於是形成的現在這個樣子。但目前還不確定這個理論是不是真的。
曾經被認為是死氣沉沉的小塊頭矮行星，現在充滿了神秘。它們挑戰了科學家們所有的假設。
然而，科學家們僅僅觸及了這些複雜世界的表面，還有更多的矮行星有待發現。誰知道它們還會帶來什麼驚喜呢？
雖然科學家們不知道矮行星的最終數目，但科學家們認為在冥王星附近可能有100到200顆矮行星。在太陽系更遠的地方，可能會有更多。
矮行星可能是我們在太陽系中發現的最有趣的天體。他們非常多樣化，他們有活動的地質，它們還含有液態水。
儘管它們個頭都很小，但並不意味著它們無關緊要，或者應該被忽略。
以前科學家們甚至連做夢都想不到它們的存在，而現在這些矮行星對於科學家們而言，就像是打開了的「哆啦A夢的口袋」。
這就是科學！
