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斯普特尼克平原在冥王星历史早期迅速形成

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摘要

冥王星的斯普特尼克平原(Sputnik Planitia)是一个明亮的、大致为圆形的特征,类似于极地冰盖。它直径约1000公里,位于北纬25度、经度175度的中心,几乎正对着冥王星的一边,由于潮汐锁定,冥王星总是面对冥卫一1.对其位置的一种解释是,在一次巨大的撞击中形成了一个盆地,随后稠密的内部海洋上涌2.一旦盆地形成,冰自然就会聚集在那里3..然后,假设盆地是一个正重力异常(有或没有海洋),真正的极移可能已经将特征移向冥王星-冥卫一潮汐轴,在冥王星与冥卫一的远端24.在这里,我们报告的模型显示,即使在没有盆地的情况下,在北纬30度和南纬30度附近,冰也会迅速积聚在冥王星上,因为,平均在其轨道周期内,这些是冥王星最冷的地区。在冥卫一形成后的100万年里,由于失控的反照率效应,冥王星上的冰沉积物集中成一个位于纬度30度附近的冰帽。这种冰的积累导致了正引力特征,当冥王星的旋转变慢时,它锁定在冥卫一正对面的经度上。一旦被锁定,冥卫一就会在冥王星上掀起永久的潮汐隆起,这大大增强了冰帽的重力特征。与此同时,斯普特尼克平原的冰的重量导致其下的地壳塌陷,形成了自己的盆地(就像地球上的格陵兰岛一样5).即使这个特征现在是一个适度的负重力异常,它仍然被锁定在原地,因为冥卫一引起了永久的潮汐隆起。任何远离30度纬度的特征移动都会被冰帽最冷端附近的优先再凝结所抵消。因此,我们的模型表明,斯普特尼克平原是在卡隆之后不久形成的,尽管在太阳系的年龄中逐渐减少体积,但它一直很稳定。

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图1:冥王星的倾角对日照的影响。
图2:失控反照率效应。
图3:冥王星的潮汐锁定。

改变历史

  • 2017年1月31日

    新视野地质学、地球物理和想象主题团队的作者名单也包含在HTML中。

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下载参考

确认

我们感谢NASA对新视野号任务的支持,感谢新视野号任务团队使2015年7月的飞越成为可能。我们感谢V. Bray, B. Carcich, J. Hofgartner和F. Nimmo的有益评论。这项研究得到了NASA Origins(给D.P.H.)的资助。

作者信息

作者及隶属关系

作者

财团

贡献

D.P.H.撰写了手稿和用于生成所有数字的计算机代码。s.a.s.、L.A.Y.和J.M.M.对草稿进行了评论,并在新视野号中发挥了领导作用,帮助完成了这次任务。

相应的作者

对应到道格拉斯·p·汉密尔顿

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1冥王星地表图。

斯普特尼克平原(Sputnik Planitia)被非正式地命名为白色心形特征的西叶,直径约1000公里,位于北纬25°和经度175°的中心,经度零点被定义为冥王星的卫星冥卫一的正下方。由于冥王星的缓慢旋转和新视野号的接近矢量,最高分辨率的图像是斯普特尼克平原,而大多数其他地区的图像从更远的地方拍摄,分辨率要低得多。因此,这张地图是由不同分辨率的多幅图像拼接而成的。模糊的纬度和经度网格线间隔30°。大约30°S以南的地区没有阳光照射,因此没有成像,因为它们目前正在经历极夜。

扩展数据图2冥王星能量沉积的几何图形。

大圆代表冥王星,我们的视野集中在赤道和正午子午线的交汇处。在红星所在的位置,太阳在头顶上,它沿着纬度移动l年代在冥王星旋转一圈的过程中粗大的水平红色线段显示了沿纬度的区域ly它们目前被阳光照亮。这个角γ是太阳和冥王星表面兴趣点之间的角距离(在纬度上标记为“P”的黑点)ly),以冥王星中心为单位测量。太阳在地平线上的时候γ= 90°,我们定义它发生在的子午角β=β马克斯.由γ并以连接北极与上述点的两条子午线来界定γ根据其他变量,并简化了平均能量通量的推导。

扩展数据图3冥王星偏心率对日照的影响。

在这里,我们放大斯普特尼克平原周围的区域,并显示(固体曲线)太阳能量通量与冥王星在其最小值(e= 0.222),电流(e= 0.25)和最大值(e= 0.266)偏心率,假设现在的倾斜度为120°。黑色箭头显示了由于这些偏心率变化而预期的未来变化。正如我们在方法中所展示的,冥王星的偏心率在所有纬度上对日照的影响都是一样的。来自冥卫一的入射辐射,0.1%的效应,移动了固体e= 0.266曲线略向右,最明显的是在赤道,如虚线曲线所示,并在方法中讨论。偏心效应在1%的水平,比中强调的斜度效应弱20倍图1.冥王星偏心率的影响以395万年为周期变化8.整个地球最大的日晒发生在大约80万年前,最小的日晒将发生在大约120万年后。

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引用本文

汉密尔顿,D,斯特恩,S,摩尔,J。et al。斯普特尼克平原在冥王星历史早期迅速形成。自然540, 97-99(2016)。https://doi.org/10.1038/nature20586

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