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气体绝缘可以保护冥王星内的海洋

发布时间:2019-05-21 15:24:09 来源:

在遥远的天体的冰面下面的高压绝缘层可能意味着宇宙中的海洋比以前想象的要多。

根据发表在“ 自然地球科学 ”杂志上的一项研究,计算机模拟提供了令人信服的证据,证明天然气水合物的绝缘层可以防止地下海洋在冥王星冰冷的外部下面冻结。

2015年7月,美国宇航局的新视野号飞船飞越冥王星的系统,提供了这颗遥远的矮行星及其卫星的第一张近景图像。图像显示了冥王星意想不到的地形,包括一个名为Sputnik Planitia的白色椭圆形盆地,位于赤道附近,大小与德克萨斯州相当。

由于其位置和地形,科学家们相信在冰壳下面存在一个地下海洋,在Sputnik Planitia变薄。然而,这些观测结果与矮行星的年龄相矛盾,因为海洋应该在很久以前就已经冻结,冰壳面向海洋的内表面也应该变平。

日本北海道大学,东京工业大学,德岛大学,大阪大学,神户大学和加州大学圣克鲁兹分校的研究人员考虑了什么能够保持地下海洋温暖,同时保持冰壳内表面冻结和不均匀冥王星。该团队假设在Sputnik Planitia的冰面下面存在天然气水合物的“绝缘层”。天然气水合物是由分子水笼中捕集的气体形成的结晶冰状固体。它们是高粘度的,具有低导热性,因此可以提供绝缘性能。

当太阳系开始形成时,研究人员进行了计算机模拟,覆盖了46亿年的时间尺度。模拟显示了冥王星内部的热量和结构演变以及地下海洋冻结所需的时间以及覆盖它的冰冷外壳变得均匀厚度。他们模拟了两种情景:一种是在海洋与冰壳之间存在天然气水合物的绝缘层,另一种情况则不存在。

模拟结果表明,如果没有天然气水合物绝缘层,地下海将在数亿年前完全冻结; 但有一个,它几乎没有冻结。此外,均匀厚厚的冰壳在海洋上完全形成需要大约一百万年,但是使用天然气水合物绝缘层需要超过十亿年。

模拟的结果支持了在Sputnik Planitia的冰壳下面存在长寿命液态海洋的可能性。

该团队认为,假设绝缘层中最可能的气体是源自冥王星岩石核心的甲烷。这种将甲烷作为天然气水合物捕获的理论与冥王星大气中不寻常的成分一致 - 缺乏甲烷和富含氮。

研究人员得出结论,类似的天然气水合物绝缘层可以在其他相对较大但最低温度的冰冷卫星和遥远的天体中维持长寿命的地下海洋。“这可能意味着宇宙中的海洋比以前想象的要多,这使得外星生命的存在更加合理,”领导该团队的北海道大学的Shunichi Kamata说。

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