新視野號飛掠冥王星11年后，科學(xué)家在其表面發(fā)現(xiàn)巨型滑坡

2015年7月，NASA的新視野號(New Horizons)探測器首次讓人類近距離一睹冥王星的真容，巨大的冰原、山脈、峽谷，以及太陽系中前所未見的地貌類型。

圖源：NASA

新視野號飛掠冥王星已過去11年，但這份珍貴的數(shù)據(jù)仍在持續(xù)產(chǎn)出新發(fā)現(xiàn)，這一次，科學(xué)家終于找到了冥王星表面存在滑坡活動(dòng)的確鑿證據(jù)。

滑坡是太陽系固態(tài)天體表面最常見的地貌過程之一，火星、水星、金星、月球，乃至谷神星、灶神星等小天體上都曾被觀測到。然而在柯伊伯帶，由于長期缺乏高分辨率影像，滑坡研究一直是空白地帶。就連冥王星最大的衛(wèi)星卡戎，此前也已確認(rèn)存在長距離滑坡，唯獨(dú)冥王星本身的滑坡證據(jù)始終未能被明確鎖定。

在一項(xiàng)剛剛發(fā)表于《Icarus》期刊的研究中，來自意大利Geoservizi公司、意大利國家研究委員會(huì)、美國北亞利桑那大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科研團(tuán)隊(duì)，通過重新分析新視野號“遠(yuǎn)程偵察成像儀”（LORRI）拍攝的高分辨率影像（約300米/像素）及配套數(shù)字高程模型，首次在冥王星表面清晰識別出六處大型滑坡，填補(bǔ)了外太陽系冰質(zhì)天體地貌研究的一項(xiàng)重要空白。

01

—六處滑坡，分布在三個(gè)撞擊坑內(nèi)

研究團(tuán)隊(duì)將這六處滑坡分別命名為LD1至LD6，它們都位于斯普特尼克平原（Sputnik Planitia）附近三個(gè)撞擊坑的內(nèi)壁邊緣：

LD1位于Coughlin撞擊坑內(nèi)，形態(tài)不規(guī)則，頭部因坑內(nèi)一個(gè)更年輕的小撞擊坑而只部分可見，滑坡堆積體朝坑心方向逐漸變寬。這個(gè)較年輕的小撞擊坑很可能正是觸發(fā)LD1滑坡的直接原因。

圖源：NASA

LD2和LD3位于Giclas撞擊坑內(nèi)，兩者都具有清晰的頭部陡坎，其下方分布著被次級陡坎切割的大型位移巖塊。

LD4、LD5、LD6位于一個(gè)尚未命名的撞擊坑內(nèi)，頭部陡坎相對不那么陡峭，但都發(fā)育出明顯的舌狀堆積體。

有意思的是，這些滑坡大多集中在撞擊坑的北側(cè)和西側(cè)內(nèi)壁——研究者坦言，目前還無法判斷這是否反映了某種地質(zhì)規(guī)律，也可能只是影像質(zhì)量與觀測幾何角度的巧合。

02

—規(guī)模有多大？

研究團(tuán)隊(duì)測量了每處滑坡的關(guān)鍵形態(tài)參數(shù)（見下表）：

滑坡編號

所在撞擊坑

落差 H(km)

滑距 L(km)

H/L比值

面積(km2)

LD1

Coughlin

2.2

13.6

0.16

LD2

Giclas

1.7

13.1

0.13

LD3

Giclas

2.1

14.5

0.14

58.9

LD4

未命名

2.2

13.2

0.17

50.0

LD5

未命名

1.8

10.6

0.17

32.1

LD6

未命名

1.5

10.1

0.15

36.3

其中H/L比值（即Heim摩擦系數(shù)，數(shù)值越小代表滑坡“跑得越遠(yuǎn)”、活動(dòng)性越強(qiáng)）介于0.13至0.17之間。研究團(tuán)隊(duì)將冥王星滑坡與火星、谷神星、卡戎上已知滑坡的活動(dòng)性進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)冥王星滑坡的移動(dòng)能力與太陽系中“高活動(dòng)性”滑坡處于同一水平，這意味著這顆矮行星可能擁有相當(dāng)高效的物質(zhì)搬運(yùn)機(jī)制。

03

—是什么觸發(fā)了這些滑坡？

論文分析了多種可能的觸發(fā)機(jī)制，包括構(gòu)造活動(dòng)、隕石撞擊、侵蝕作用、冰火山活動(dòng)、斜坡卸荷，以及溫度變化引起的熱應(yīng)力等。

其中，隕石撞擊被認(rèn)為是較有說服力的解釋之一，撞擊不僅可能直接擾動(dòng)附近既有的陡坡，產(chǎn)生的震動(dòng)還可能波及更大范圍。以LD1為例，Coughlin撞擊坑西側(cè)邊緣正好存在一個(gè)較年輕的小撞擊坑，其形成過程很可能直接觸發(fā)了這次滑坡，這與此前在谷神星上發(fā)現(xiàn)的“撞擊觸發(fā)滑坡”案例頗為相似。

不過對于LD2至LD6，現(xiàn)有證據(jù)尚不足以明確指認(rèn)具體的觸發(fā)因素，研究團(tuán)隊(duì)也坦承這是未來研究需要繼續(xù)厘清的問題。

04

—冥王星的“特殊之處”：揮發(fā)性冰

與太陽系中其他無大氣天體不同，冥王星表面存在氮?dú)狻⒁谎趸肌⒓淄榈葥]發(fā)性物質(zhì)，它們會(huì)隨季節(jié)發(fā)生升華與凝結(jié)。論文推測，即便是微小的溫度變化，也可能顯著改變這些揮發(fā)性冰的物態(tài)。

由于這次識別出的滑坡厚度可達(dá)數(shù)百米，研究者認(rèn)為，溫度波動(dòng)更可能是改變了坑底表層物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，而非直接作用于滑坡深處的滑動(dòng)面。如果地?zé)峒訜釋?dǎo)致地下?lián)]發(fā)物升華，也可能在地下形成一層軟弱帶，從而為滑動(dòng)面的形成創(chuàng)造條件，但由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)有限，這一機(jī)制目前還只是推測，有待未來觀測驗(yàn)證。

寫在最后，這項(xiàng)研究的意義，不僅在于“確認(rèn)”了冥王星存在滑坡這一事實(shí)，更重要的是，它證明了重力驅(qū)動(dòng)的斜坡運(yùn)動(dòng)過程，是塑造冥王星地表的一股不可忽視的力量，進(jìn)一步拓展了人類對太陽系冰質(zhì)天體地貌演化的認(rèn)知版圖。

研究團(tuán)隊(duì)也特別說明，論文中呈現(xiàn)的六處滑坡并非冥王星滑坡的“全部清單”，而只是當(dāng)前影像分辨率下能夠被明確判定的典型案例。未來若有新任務(wù)重返冥王星，獲取更高分辨率的影像與更精細(xì)的地形數(shù)據(jù)，很可能會(huì)揭示出更多目前仍“隱身”在陰影中的滑坡地貌。

參考

[1]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103526002769?via%3Dihub

[2]https://science.nasa.gov/photojournal/landslides-on-charon/