冥衛(wèi)一自轉(zhuǎn)從14.3小時拖到6天？200公里山脊藏減速鐵證

你有沒有琢磨過這樣一件事：像地球和月球這樣，已經(jīng)互相“鎖死”的那一對天體，是不是就完全停止了變化，從此老老實實地過日子？最近，一群科學家繞著太陽系邊緣的冥王星和它的大月亮卡戎（Charon）轉(zhuǎn)了一圈，發(fā)現(xiàn)似乎不是那么回事兒。卡戎和冥王星明明已經(jīng)潮汐鎖定很久了，可卡戎的“體內(nèi)”可能還在悄悄漏掉最后那一點旋轉(zhuǎn)能量，這件事本身已經(jīng)夠反直覺的了，而真正神奇的是，它的證據(jù)就寫在地表上一道道蜿蜒的山脊里。

咱們不妨先攤開一張“照片”在腦子里：2015年7月14日，新視野號探測器飛掠冥王星系時，拍下了卡戎那張讓人印象深刻的肖像。它的北端染著一大塊淡淡的紅色，非正式地被叫作“魔多斑”——看起來就像在冰殼上不小心滴落的一滴紅墨水。可這張照片里埋著的新聞并不是顏色本身，而是跨過將近40億年歷史的一道道紋理。

卡戎的表面年齡差不多有40億歲，和其他冰衛(wèi)星比起來，它后來“整容”的次數(shù)少得可憐，這就意味著它早年發(fā)生的故事不太容易被后續(xù)的地質(zhì)活動抹掉，因而成了一部保存得相當完好的遠古檔案。

不過，如果只是拿眼睛掃一眼那張照片，你可能只會覺得卡戎的南北長得不太一樣：北邊是一大片皺皺巴巴的高地，南邊則鋪著更平滑的平原。研究行星的科學家管這種不對稱叫“地形二分性”，早些年他們看得多了，也提過好幾種解釋。最常見的說法是，卡戎曾經(jīng)整體拉伸、擴張，還伴隨著冰火山呼嚕呼嚕地往外涌。這個畫面聽上去是不是挺激烈的？可是，美國加州大學洛杉磯分校兼蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究員陳漢章博士和同事們偏偏在大家都覺得該是拉張的地方，找到了一簇明明白白在“擠”的痕跡。

他們對著卡戎北半球一個叫 Oz Terra 的地區(qū)反復端詳，把那里山脈延伸的方向、坡度歪斜的程度一一扒拉出來。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些綿延超過200公里的山脈，兩側(cè)的坡度長得并不對稱，這種不對稱，用陳博士他們的話說，“符合擠壓的特征”，而不是此前大家更愛提的拉張。

說人話就是：這里的冰殼曾經(jīng)被硬生生地擠過一下，就像你雙手合十用力時，虎口邊緣拱起的那一兩道小褶子。只不過卡戎身上的褶子尺度驚人，足夠鋪開好幾條中國南北高鐵的里程。

這就有意思了：如果卡戎一直都在膨脹，地表應當被拉裂、出現(xiàn)延伸型的溝壑才對，現(xiàn)在卻冒出了擠壓形成的山脈。擠壓是從哪兒來的呢？研究團隊建了個模型來還原現(xiàn)場，他們推算出，在擠壓發(fā)生的那個時期，卡戎表面頂著一層至少有30到36公里厚的冰殼。這個厚度意味著它生來就很“結(jié)實”，不是一坨軟綿綿的冰沙。

更有趣的是，模型顯示，靠近赤道一帶的地殼在那會兒大約縮短了1%——聽起來好像1%沒什么大不了，可這1%不是均勻地縮，而是被已經(jīng)存在的斷層線接住、吸收，就像你推桌布時，布的皺褶會沿著已有的折痕加深、堆高，最終拱成我們現(xiàn)在看到的那一道道山脊。換句話說，這些山脊本身就像是卡戎曾經(jīng)“縮水”的刻度尺。

了解這一點以后，我們終于可以拼上更關鍵的一塊拼圖了：卡戎今天的自轉(zhuǎn)周期大約153.3小時，也就是6天多轉(zhuǎn)一圈，這正是它和冥王星潮汐鎖定的狀態(tài)——它永遠以同一面對著冥王星，就像月球?qū)Φ厍蚰菢印５芯繄F隊根據(jù)擠壓的幾何特征反推回去，得出卡戎早期的自轉(zhuǎn)周期只有大約14.3小時。從14.3小時慢悠悠地拖長到153.3小時，這中間發(fā)生了什么？

就是那個被叫作“潮汐減速”的過程。冥王星的引力一直不緊不慢地拽著卡戎的凸起，像一個耐心的兄長輕輕拖著陀螺的邊緣讓它慢下來，這種拖拽會消耗自轉(zhuǎn)的能量，同時使得衛(wèi)星的形狀發(fā)生微妙的改變，溫度分布也跟著調(diào)整。過去，科學家只在理論上推演過這種減速應該會在卡戎身上留下痕跡，卻一直沒找到干凈的地質(zhì)證據(jù)，現(xiàn)在，這群擠出來的山脊很可能就是那個缺口的第一塊地質(zhì)拼板。

你可能會問：“可它都已經(jīng)被潮汐鎖定了呀，能量不是該漏光了嗎？”這恰恰是這篇發(fā)表在《自然·通訊》上的論文最讓人心癢難耐的地方。研究人員謹慎地用了許多“可能”“提示”“推測”之類的詞，他們指出，卡戎也許到現(xiàn)在還沒有完全卸掉最初那點旋轉(zhuǎn)的慣性，這暗示著，哪怕潮汐鎖定已經(jīng)把它綁在冥王星身邊幾十億年，它的內(nèi)部或許仍有極其微小、極其緩慢的自轉(zhuǎn)能量在散逸。這個猜想目前還只是初步的，并不是板上釘釘?shù)亩ㄕ摚馨盐覀兊哪抗庖蛞粋€更深的謎題：這些遙遠冰冷天體的內(nèi)部到底是什么樣的？它們的內(nèi)心是否還殘留著最初形成時的“胎記”？

借著擠壓山脈這條線索，研究團隊還拋出了一個相當有態(tài)度的推論：卡戎可能是一只“冷起步”的冰衛(wèi)星。所謂冷起步，是指它在剛成形的時候就已經(jīng)比較冷了，因而很快就結(jié)出了一層厚厚的剛性冰殼，沒有經(jīng)歷過漫長的高溫熔融階段。這和平常想象的“小衛(wèi)星一開始是暖乎乎的大冰球”不太一樣，但對于太陽系外側(cè)那片寒冷地帶來說，某些衛(wèi)星或許生來就沒有被太多的放射性元素加熱過。如果這個推測站得住腳，那么卡戎的早期僵硬冰殼很可能正是早期太陽系外圍環(huán)境的直接物證，為我們理解其他冰衛(wèi)星的演化提供了一個寒冷而堅實的起點。