Kiss-and-capture: The dance of Pluto and Charon
59:55 Share

冥王星是如何遇到它最大的卫星卡戎的?许多人推测卡戎是在一次撞击中形成的,但传统的行星形成模型难以解释这个系统中的许多奇特性。本周,亚利桑那大学的研究科学家阿迪恩·登顿分享了她团队的新论文,该论文认为“亲吻与捕获”可以解决这个谜团。然后,行星协会首席科学家布鲁斯·贝茨讨论了我们太阳系中的接触双星,并在《最新消息》中分享了一个新的随机太空事实。了解更多信息,请访问: https://www.planetary.org/planetary-radio/2025-pluto-kiss-and-capture查看omnystudio.com/listener以获取隐私信息。</context> <raw_text>0 冥王星和卡戎是如何相遇的?我们将在本周的行星广播中讨论这个问题。我是行星协会的萨拉·阿尔-艾哈迈德,我们将进一步探索我们太阳系及更远地方的人类探险。

冥王星和卡戎(或卡戎)是如何形成它们紧密相连、潮汐锁定的系统的,长期以来一直困扰着科学家们。本周,亚利桑那大学的阿迪恩·登顿将再次解释她团队的新建模,该模型表明“亲吻与捕获”可以解决这个谜团。然后,我们的首席科学家布鲁斯·贝茨将加入我,一起看看我们太阳系中的接触双星,并在《最新消息》中了解一个新的随机太空事实。

如果您喜欢行星广播,并希望随时了解最新的太空发现,请确保点击您最喜欢的播客平台上的订阅按钮。通过订阅,您将不会错过任何一集,这些节目充满了认识宇宙以及我们在宇宙中位置的新颖而令人敬畏的方式。今天,我们将探索太阳系的外围区域,重新审视一个不断给我们带来惊喜的世界——冥王星。

美国宇航局的新视野号任务于2015年飞越该系统,为我们提供了对这颗迷人的矮行星及其令人惊讶的复杂系统的首次特写镜头。我们看到的不仅仅是一块冰冷遥远的岩石,而是一个充满巨大氮冰川平原和一颗出奇大的卫星卡戎的动态世界。冥王星共有五颗卫星,但卡戎与冥王星相比如此之大,以至于它们通常被称为双星系统。

卡戎的直径约为冥王星的一半,这非常不寻常,因为行星的卫星通常相比之下要小得多。这对奇特的组合以大约16个冥王星半径的距离相互环绕,为科学家们提出了一个非常有趣的难题:它们是如何形成的?是什么过程导致了这种非常不寻常的结构,卡戎不仅大小非常接近,而且轨道也非常靠近,并且呈相当圆形的轨道?

为了帮助我们解开这些谜团,我们今天邀请到了阿迪恩·登顿博士,她是关于冥王星和卡戎形成的一篇新论文的主要作者。您可能还记得我们在2024年播出的名为“溅落还是地下海洋?冥王星心脏的神秘位置”的节目中采访过她。

阿迪恩是亚利桑那大学月球与行星实验室的研究员。她对世界碰撞的建模工作为曾经是卡戎形成主要解释的巨大撞击理论提供了新的视角。她的团队发表在《自然地球科学》上的新论文题为“围绕冥王星捕获古老的卡戎”。它提出了一种名为“亲吻与捕获”的新情景,其中卡戎相对完整地被捕获,保留了其核心和大部分地幔。

这表明卡戎可能与冥王星一样古老,并且对其他双星系统有一些非常有趣的意义。欢迎回来,阿迪恩!

很高兴回来。感谢你们的邀请。我们在2024年10月最后一次交谈,当时我们讨论的是史普尼克平原的形成以及人们有时亲切地称之为“心脏”的冥王星区域。在我们进行那次谈话时,你提到你正在进行这项关于冥王星及其最大卫星卡戎形成的研究。所以我真的很期待再次邀请你。为了设定场景,是什么让冥王星-卡戎系统如此引人入胜?

哦,有很多东西,但我尽量保持主题。所以,冥王星及其最大卫星卡戎真正不寻常的地方在于,它们有点类似于地球-月球系统。所以我将使用地球-月球系统作为类比,因为我们大多数人都比较熟悉它。相对于地球而言,地球的月亮异常巨大。整个系统具有很大的角动量。这有点奇怪,对吧?许多人......

认为我们拥有如此巨大的月球的原因是,与火星的卫星相比,火星有两颗卫星,它们看起来像小土豆,它们的质量仅为火星质量的0.0001%。月球实际上占地球质量的相当一部分。它还与地球共享许多化学相似之处,这是我们只有在从月球带回阿波罗样本后才发现的。但是,解释地球-月球系统所有这些不寻常特征的最简单方法是,如果

月球是由一次巨大的撞击形成的。如果在太阳系早期历史中,有什么东西撞击了地球,然后......月球就是由此形成的。因此,当卡戎在20世纪70年代后期被发现,并且发现它的大小约为冥王星的一半,质量为冥王星的12%时,人们开始思考,嗯,这与地球-月球系统非常相似。这确实让你思考。

它真正让你思考的是,冥王星和卡戎是否也发生了这种情况?好吧,在21世纪初,研究人员首次尝试模拟这种撞击。所以基本上,让一个类似卡戎的天体撞击冥王星,看看你是否能将卡戎捕获为一颗卫星,并发现,是的,你可以做到。从那时起,普遍的理论是冥王星在太阳系早期通过一次巨大的撞击获得了卡戎。

能够将我们系统中发生的事情与那里发生的事情进行比较是一件很酷的事情。但是,在大小和成分方面,以及我们谈论的是大型冰体方面,存在一些明显的差异。它们之间的质量比与地球和月球的情况大不相同。所以这里肯定还有一些奇怪的事情发生。是的,正如你所说,它有点不同。

地球和月球由岩石和金属构成,而冥王星和卡戎被认为是由岩石和冰构成的。这可能是基于它们的密度和大小,我们假设它们会分异,所以中心全是岩石,外面全是冰。但是,我们对此了解的并不多。

如果是这样的话,那么它们由完全不同的材料构成这一事实可能会影响碰撞的结果。但是,另一个方面是冥王星和卡戎比地球和月球小得多,质量也小得多。所以这也会改变碰撞。这些差异导致我们进行了研究,并在论文中写道,要研究成分变化的程度

冥王星和卡戎的大小差异会影响撞击结果。因为在地球和月球的情况下,那是一次相当猛烈的撞击,对吧?我们是否认为那里也是类似的情况?因为我认为结果可能大不相同。对于地球或我们所说的忒伊亚(一颗原火星大小的天体撞击了地球)来说,那不是一个好时机。

因为这两个天体都大得多,我们认为它们碰撞的速度基本上与系统的逃逸速度有关。这不像小行星撞击地球。当小行星撞击地球时,小行星通常比地球本身小得多,对吧?所以碰撞的决定因素是地球的引力。因此,你可以猜测小行星撞击地球的平均速度,大约是每秒数十公里,这非常快。

当涉及到大小相近的天体之间的碰撞时,在这种情况下是相互环绕的行星,它们碰撞的速度与系统的逃逸速度有关。所以基本上,它们的总质量将决定它们碰撞的速度。由于地球和月球比冥王星和卡戎大得多,是的,这是一次非常猛烈的撞击。我们认为有很多汽化,很多熔化。地球最终会形成一个岩浆海。月球可能部分汽化,必须重新凝结,然后它也会形成一个岩浆海。这是一团糟。

冥王星和卡戎可能有点不同,因为正如我们所说,它们更小,质量也更小。因此,该系统的逃逸速度至少小了一个数量级。我说的是它们可能以每秒一公里的速度碰撞,如果你考虑一下,这听起来可能很快,但这比战斗机慢。我们比这还快。所以这实际上是一次更温和的碰撞。

在我继续之前,因为我一直这样做,而且过去有人问过我这个问题。

你如何确定卡戎或莎伦的正确发音?我知道每个人都有自己喜欢的发音。两者都是正确的。所以你很好。根据官方文件,你可以说莎伦或卡戎。只是我接受过古典教育,并且有历史学位,对吧?我学习过古希腊和罗马历史。要改掉这个习惯真的很难

所以我按照你称呼神话人物卡戎(摆渡人)的方式称呼它。但有一个故事是关于发现卡戎的人的妻子,我想,叫夏琳。所以他想以妻子的名字命名这颗卫星,爱情是真实的。所以我支持他们。我只是称它为卡戎,因为你知道,旧习惯难改。两者都可以。

这太有趣了,因为我以前从口碑中听说过这个故事。这就是他最终这样命名的原因。但自从我在天文台工作以来,我从未听过别人说过这件事。所以很高兴听到这不仅仅是道听途说。这实际上可能是历史的一部分。是的,它不是虚构的。这是真实的。如果你查看维基百科,维基百科永远不会骗我。这是真实的。所以冥王星研究领域的许多人都会向你讲述这个故事。所以我们都同意莎伦是以爱情命名的,而卡戎......

是冥河的摆渡人。

我的意思是,正如我们在上次关于冥王星的谈话中提到的那样,冥王星-莎伦或卡戎系统中有一些非常浪漫的东西。它们不仅大小非常相似,而且系统质心位于两者之间,而且它们还相互潮汐锁定,进行着这种宇宙舞蹈。所以,我认为这非常贴切。是的。让我告诉你,最初的碰撞

确实让他们的舞蹈一开始就步入了正轨。是的,我一直说冥王星和卡戎之间的关系是浪漫的。发表这篇论文最好的部分是每个人都认为,你知道,我现在明白了。所以,他们的时代终于到来了。

但是现在我们必须深入研究这场浪漫的全部数学原理以及它是如何发生的,因为它们彼此如此接近,而且卡戎轨道的圆形特性相当奇怪。所以我们必须进行这种建模才能模拟它是如何发生的。通常为了进行这种建模,我们使用流体动力学,但这难以解释该系统的特性。那么,在冥王星和卡戎的情况下,为什么这可能不准确呢?

我们通常模拟大小相近的天体之间的碰撞(我们称之为巨大撞击或行星尺度碰撞,各种名称)的方式是使用我们所谓的平滑粒子流体动力学碰撞。名字里就有“流体”,对吧?我们使用平滑粒子流体动力学,因为我们将天体近似为流体。这些代码的工作方式是求解流体通过介质连续流动的方程。

这意味着实际上,这些天体没有流体强度。我可以用粒子建造一颗行星,这就是我所做的。但是一旦你撞击它,它就会像流体一样运动。实际上,这意味着如果你查看任何进行此类工作的论文,你都会看到这两个天体碰撞。

然后经历大量的变形,因为它们有点像熔岩灯中的两个液滴一样相互碰撞。所以你会得到这些巨大的......现在看起来像行星的东西会被拉伸,直到看起来像肾脏豆,然后被拉开,然后它们又合在一起。之前的模拟研究冥王星-卡戎系统......

就是这样设置它们的碰撞的,并发现为了使碰撞实际上能够捕获卡戎作为卫星,一个主要因素是卡戎必须以一定角度进入,掠过冥王星,然后沉积足够的角动量以经历这种全身被拉开然后卡在冥王星轨道上的过程。但这存在一个问题,那就是冥王星和卡戎不是流体。

这很难真正理解。但没关系。我们实际上不必将它们模拟为流体,因为在过去五年左右的时间里,人们一直在使用这些代码,这些代码最初是用来模拟星系之间碰撞的。这完全没问题。星系表现得像流体,别担心。对于星系来说,物质强度是什么?这个问题最终进入了哲学领域。

当涉及到行星时,它不是哲学问题。我们知道地球是由岩石构成的。我们知道,如果你现在走到外面去打地面,地球会抵抗你。这是因为地球具有物质强度。岩石可以抵抗施加在其上的力。我建议现在停止播客,走到外面去打地面,亲身体验一下。是的。

冥王星也是如此。尽管冥王星是由岩石和冰而不是岩石和金属构成的,但情况也是如此。冰有强度。所有这一切之所以重要,是因为,好吧,如果冥王星和卡戎是地质体,那么问题就变成了,我们应该将它们视为地质体吗?这在行星科学界非常小众的巨大撞击模拟方面一直是一个持续存在的问题。

因为我们不确定在多大规模的撞击中物质强度开始起作用,对吧?因为我们认为一次碰撞使天王星倾斜了,对吧?一颗超级地球撞击天王星并使其倾斜。也许吧,对吧?人们知道吗?无论如何,这是另一个答案。在这种情况下,它实际上不会,你可以将天王星视为流体。它会像流体一样运动,这很好。但是当你缩小到冥王星-卡戎的规模时,它可能就重要得多。去年发表的先前研究表明,物质强度

开始在地球-月球碰撞及其以下规模起作用。所以我们决定将所谓的强度模型实现到我们版本的代码中,并再次运行测试,看看冥王星是否还能捕获卡戎,以及这会带来什么变化。当我提到强度模型时,这是一种告诉构成冥王星和卡戎的粒子(我们构建的)的方式

表现得像我们告诉它们的材料一样。所以冰必须像冰一样运动,岩石必须像岩石一样运动。这是我们从实验室测试中获得的数据,这些数据来自那些挤压岩石以查看它们在断裂前必须承受多大压力的人。我们使用这些数据并将它们放入我们的模拟中。

你提出了一些有趣的东西,那就是这些强度模型对于一定质量范围内的物体更有用,而对于超出这个范围的物体则没有用。这是因为较大相互作用的能量学吗?是的,对。因为在地球-月球撞击的规模上,它非常猛烈,以至于最终会发生全球范围的汽化和熔化。哎呀,如果你熔化了地球,那是一个意外。

因此,撞击越大,往往就越猛烈。在某个时刻,你碰撞的物体如此之大,以至于将它们近似为流体是可行的。这项工作基本上做的就是测试,基本上是打开和关闭强度模型,并说,它是否改变了撞击结果?在一定大小以上,它不会改变撞击结果,因为撞击非常猛烈,以至于两个天体都融化得足够多,以至于无论如何它们都会像流体一样运动。这说得通吗?是的,完全说得通。

而且也有道理,直到现在我们才需要如此深入地思考这个问题,因为在我们太阳系过程中,我们一直在思考的大多数碰撞都是这些较大的撞击。但是现在我们有了像新视野号这样的任务,它正在那里观察这些海王星外天体,我们将发现更小的天体,更多的冰天体,也许是这些接触双星,这是一个完全不同的故事。

建模领域,或者至少你的研究表明,为了准确起见,我们确实必须以不同的方式思考它。哦,是的,当你进入柯伊伯带时,一切都在慢得多地移动,而且规模也小得多。它是由冰构成的。事实证明,这三件事都很重要。那么,这个“亲吻与捕获”情景是如何发生的?好吧,你会看到......

我要说的第一件事是,我们试图重现旧模型,其中卡戎以一定角度进入并掠过冥王星,然后被捕获。好吧,这不再有效了,因为事实证明,当这些天体表现得像岩石和冰而不是像流体时,卡戎只是掠过冥王星,然后继续前进,说:“再见。我会想念你,但我必须继续在太阳系中前进。”我们说:“好吧,那不可能发生,因为卡戎

在那里。所以我们不得不进行大量的测试,并发现了这个我们称之为“亲吻与捕获”的新机制,这不仅仅是为了好玩,因为它描述了发生的事情。卡戎这次以较小的角度进入,当冥王星和卡戎碰撞时

它们部分合并。所以卡戎部分穿透冥王星,深入冥王星的冰质地幔,这两个天体短暂地合并并作为单个巨大的接触双星共同旋转,有点像如果妊神星很大一样。

但问题是,在这些模拟中,冥王星在卡戎撞击它之前就已经在旋转了。行星体往往会这样做。如果它的旋转速度足够快,冥王星能够有效地将卡戎推开,使其成为一个独立的天体。由于卡戎只是慢慢地与冥王星分离......

它最终以一个漂亮的圆形轨道环绕冥王星运行,从那里开始缓慢地扩展到它目前的位置。所以我们称之为“亲吻与捕获”,因为这两个天体碰撞并成为一个天体有一段时间。这就是“亲吻”。然后卡戎分离并说,好吧,我想留在这里。所以有一个非常具体的旋转速度范围允许这种情况发生,对吧?因为如果速度太快,我想象卡戎可能会

飞走,但如果速度太慢,它们就会粘在一起,这将很奇怪。我想象随着时间的推移,流体静力平衡最终会将它变成一个巨大的圆形物体或扁球体,而不是这个妊神星状的物体。

土豆状接触双星物体。是的,你完全正确。如果冥王星旋转得更快,你可以达到冥王星大小物体的稳定性极限,它就会爆炸。我运行了一个模拟,我测试了,好吧,如果冥王星以两小时的周期旋转会发生什么?所以在模拟中,冥王星的一天是两小时。它在卡戎到达之前就爆炸了。我想,好吧,那也没有发生。是的。

但还有一件非常有趣的事情需要注意,我认为很多人对我们看到的许多小行星感到困惑,这些小行星有这些微小的卫星,它们也是接触双星。这也可能是因为它们的旋转速度和它们将物质抛向太空。所以这非常关键。但是什么样的旋转速度范围允许这种情况发生?冥王星需要旋转得相当快,但不能太快。如果你听说过矮行星妊神星,

它今天旋转得相当快,部分原因是它看起来像一条法棍面包。它的自转周期为四小时,所以妊神星的一天是四小时。冥王星需要以接近或甚至可能更快的速度旋转,所以接近三小时。如果冥王星的自转周期甚至达到六小时,卡戎就会与冥王星碰撞并合并成一个天体。冥王星没有足够的角动量将卡戎推开。

所以有这些世界的自转速度,还有撞击角度。这会如何影响这种情况?

好吧,如果你再次在脑海中构建一幅小图画,你可以想象撞击角度可能会极大地影响事情。在我们看到的许多流行媒体中的小行星撞击图像中,如果你去参加会议,你经常会看到一颗小行星迎面撞击某个东西,对吧?所以就像小行星与表面形成90度角,然后直接落下并撞击表面一样,对吧?好吧,这并不一定......

现实情况是会发生这种情况。如果我们实际计算数学,这实际上可以计算出基本几何,某个东西与太阳系中其他东西碰撞的平均角度是45度,原因与直角三角形可以有两个45度角相同。这是最有效的。这是中间的一个。这是

高斯分布。我到此为止。但是,所以小行星直接撞击地面的可能性不大。你完全掠过表面的可能性也同样不大。所以这实际上是我们动机的因素之一,对吧?因为冥王星-卡戎捕获的先前迭代涉及卡戎以相当的角度进入,我们称之为倾斜角度。所以卡戎更偏向于掠过,

它必须这样做才能被捕获。但我们在我们的场景中发现,当两个天体都被模拟为实际的地质体时,你可以在45度角进行此操作,这是发生这种情况最可能的角度。

我们在大约40到65度之间的撞击角下重现了大约14次。所以我们发现,任何接近太阳系中相互撞击的物质的平均撞击角的东西,这都可能发生。“亲吻与捕获”可能有效。当它们实际接触时,它们变成了这种巨大的接触双星物体。你认为这可能持续了多久?

根本不长。这是有趣的部分。所以冥王星和卡戎碰撞并合并。这个初始过程非常快,不到五个小时。

然后它们作为单个天体共同旋转大约10个小时。然后卡戎开始缓慢分离。在大约初始撞击后的30个小时内,卡戎独自回到了那里,建立了一个稳定的轨道。所有事情都在不到两天的时间内完成。

这很古怪,而且知道这一点真的很酷。尽管我敢打赌,确定这实际上发生在系统历史中的哪个时间点比确定它花费了多长时间要困难一些。是的。

之所以很难确定,主要是因为冥王星-卡戎碰撞和卡戎的捕获是系统地质历史的起点。这是因为它是一次如此具有破坏性的事件,虽然不像地球和月球的碰撞那样具有破坏性,但仍然具有足够的破坏性,以至于两个天体的表面都被新的物质完全覆盖。

因为冥王星和卡戎在此次碰撞期间相互交换物质。所以最后,冥王星和卡戎都有新的表面,然后地质作用会在其上积累,你就会形成我们现在看到的那些地质特征。所以这是某种最终的重置

在冥王星和卡戎从那里演化之前。在那之后,在某个时候,会有第二次撞击,然后就会发生“溅落”。因此,正因为如此,我们只能说这是冥王星和卡戎发生的最早的事情。我们可以对这方面做更多猜测,但尝试为其加上时间戳的最简单方法是考虑

行星碰撞实际上发生的时间,两个天体相互碰撞的时间。基于此,我们认为它发生在太阳系早期历史的某个时刻,类似于地球和月球碰撞的时间。所以这将是在太阳系形成后的最初数千万年中,那时每个天体的轨道都更加混乱,巨行星仍在形成并因此迁移,并且可以推动较小的天体,这样你就可以

让现在位于柯伊伯带的两个天体被推到相互碰撞的轨道上。今天这样做要困难得多,因为今天柯伊伯带的一切都非常分散。空旷的空间太多了。现在物质实际上并没有相互碰撞。但在早期,情况大不相同。在短暂休息后,我们将继续进行我对阿迪恩·登顿的采访。

我是杰克·科雷利,行星协会政府关系主任。我很高兴地宣布,行星协会旗舰倡导活动“行动日”的注册现已开放。每年,我们都会授权来自美国各地的行星协会成员直接支持行星探测、行星防御和寻找地球以外的生命。

与会者将在华盛顿特区与立法者及其工作人员面对面会面,为太空探索辩护,并向他们展示为什么太空探索很重要。研究表明,面对面的选民会议是影响我们民选官员最有效的方法,我们需要你的声音。如果你相信我们探索宇宙的使命,这就是你采取行动的机会。

你将从我们专业的太空政策团队那里接受全面的倡导培训,包括在线和面对面培训。我们将负责安排你与代表会面的后勤工作,你还可以参加独家活动和与其他太空倡导者的社交聚会。今年的“行动日”将于2025年3月24日星期一举行。不要错过帮助塑造太空探索未来的机会。

现在就在planetary.org/dayofaction注册。

冥王星这个天体历史上至少发生过两次大型碰撞,这感觉相当奇怪,而冥王星本身并不大。考虑到这些天体之间的距离,这实际上似乎是不规则的,或者至少是壮观的。是的,许多人都评论说,这就像,怎么会发生两次?冥王星怎么会连续两天都倒霉?

那么,从地质学角度来看,解释所有这一切最简单的方法是,冥卫一撞击了冥王星。冥卫一的半径约为600公里。所以它相当大,因为冥王星的半径约为1100公里,接近1200公里。所以一个冥王星一半大小的天体撞击了它,然后被捕获。倒霉的一天。然后你必须形成溅射物。而那个天体的尺寸大约是冥王星的一半。

所以你有两个非常大的天体先后撞击冥王星,它们之间的时间间隔我们不知道。但是同样,根据我们在地表观察到的情况,它们都最符合地质学意义。我应该指出,有一些......我们知道这两个撞击之间存在一定的地质间隔,因为

冥王星的心脏——史泼尼克平原,并不是冥王星表面最古老的东西。它是冥王星表面第二古老的东西。还有一样东西更古老,那就是我们观察到的沿着冥王星南北方向延伸的古老山脊槽系统。

史泼尼克平原正好位于其上方,覆盖了它。所以我们知道它比那个古老的山脊槽系统年轻。所以冥王星捕获了冥卫一,然后......事情发生了。冥王星经历了一段全球扩张时期,形成了这个巨大的山脊槽系统。然后是第二次撞击。

所以很有可能这次撞击帮助形成了这个山脊槽系统或其他特征。冥卫一也有这些类似裂缝的特征。所以也许那些我们无法解释的东西可以用这两个天体之间的近距离接触来解释。哦,有可能,是的。也有很多争论。我们喜欢在冥王星研究界进行辩论,因为我们掌握的信息太少了,你可以对很多事情进行辩论,就像上网一样。是的。

而我们不知道的事情之一是冥王星和冥卫一最初形成的时间,这控制着它们的热量预算。如果你不知道冥王星和冥卫一形成时的温度,你就不知道

冥王星拥有海洋的时间长短,以及它今天是否仍然拥有海洋。因为这类事情取决于你拥有的热源有多少。如果冥王星和冥卫一形成得很早,那么你就会拥有那些早期快速衰变的放射性同位素,它们可以在太阳系早期提供大量的早期热量。其中一种是铝-26。这是最重要的一种。

如果发生这种情况,那么冥王星一开始就会非常热。它真的很开心。然后你很早就形成了海洋,它可以持续到今天。但这意味着冥王星和冥卫一必须非常快速地结合在一起才能做到这一点,这可能有点困难。而研究太阳系中微行星吸积成行星的人们发现,如果冥王星和冥卫一花更长的时间来“烘焙”,那就更容易了

这是一个不太恰当的比喻,因为如果冥王星和冥卫一形成较晚,它们实际上会更冷,因为它们无法获得那些放射性同位素。它们只有那些衰变速度较慢且不会产生太多热量的同位素。如果是这样的话,那么它们一开始就会很冷,然后冥王星最终会在以后形成海洋。但问题是,看看这个。冥王星和冥卫一之间的撞击

向系统中释放了大量的热量。我们发现它可以使冥王星冰壳的平均温度提高约80开尔文,这听起来好像不多,对吧?好吧,但实际上,当我们谈论太空温度时,这实际上相当多。是的,特别是当我们谈论冰的时候。80度的变化会发生很多事情。

这可能会推动,比如说,一个在其底部温度为200开尔文的冰壳达到270开尔文以上。你可以开始融化冰壳。冥王星可能一开始很冷,然后发生这次撞击,你就会经历这种整体加热,这可能会驱动冥王星内部熔体的潜在启动,从而形成海洋。然后是潮汐的另一部分。月球在地球上引起潮汐,反之亦然。

而月球距离地球要比冥卫一在我们的模拟结束时距离冥王星远得多。在我们的模拟结束时,

冥卫一距离冥王星只有两到三个冥王星半径。它就在那里。这意味着巨大的全身潮汐。冥王星和冥卫一会相互响应,并有效地根据潮汐力发生形变。而很多这种形变都会转化为热量。随着冥卫一逐渐向外迁移,你可能有一种方法可以产生一个长期存在的热源。

这意味着,是的,在那之后,你拥有所有这些热量,你可能会形成海洋。然后,随着冥王星逐渐开始冷却,你会得到像山脊槽系统这样的膨胀特征。这也可以解释我的一些其他想法。潜在的地下海洋是一方面,但还有令人惊讶的冰火山活动。冥王星上发生的一些事情,如果我们有这种内部加热,那就更有意义了。

是的。现在我们有了一种方法来协调冥王星拥有大量内部热量,而无需急于在太阳系开始时就形成它。所以这可能是一种让一切都能对齐的方法。

但这同时也意味着,冥卫一和冥王星的一侧在早期阶段可能经历了这种长时间的摩擦加热,而现在它们是潮汐锁定的。那么,就像地月系统一样,冥卫一的一侧与远侧的成分和地质会有明显的区别吗?

许多人都问过这个问题,问题是,我们对远侧的图片很糟糕。对吧?所以,是的,当然。这完全可能发生。只是真的很难证明。

我曾经看到有人建议冥卫一沿着赤道有一个巨大的峡谷系统。有人说:“阿迪恩,这可能是由另一侧的巨大撞击形成的吗?”当然,但我们看不到另一侧。所以是的,你可能会在面向彼此的冥王星和冥卫一的两侧以及背对的两侧之间产生某种半球二分法。但我希望带着轨道器返回冥王星,以试图证明这一点或否定这一点。

真的,我的意思是,在了解了它的撞击史之后,这可能非常有价值。我们稍后会详细讨论这一点。但对于理解这些天体是如何随着时间的推移而演变的,有很多意义,这可以教会我们很多关于太阳系是如何形成的知识。但你确实说过

冥卫一和冥王星曾经靠得很近,随着时间的推移,它逐渐远离冥王星,就像许多具有潮汐力的系统一样。但是冥卫一是如何最终进入这个相当圆形的轨道呢?

这是“亲吻捕获”机制工作方式的一个因素。好的,让我们回到过去。冥卫一从侧面飞来。它将撞击冥王星。冥王星正在旋转。它们合并了,但只有一点点。它们只合并一点点的原因是冥王星和冥卫一都相对坚固。所以冥王星基本上能够抵抗冥卫一的穿透。所以冥卫一只是稍微进入冥王星的冰质地幔中。

这意味着冥卫一的大部分位于这两个天体的共同旋转半径之外。它们作为一个整体共同旋转。它们已经合并了,我们说共同旋转是因为它们作为一个天体旋转,对吧?但问题是,冥卫一的大部分此时位于系统的实际质心之外。它跟不上冥王星。冥王星的轨道运行速度相对较快,这就是整件事发生的原因。冥卫一有点落后。

由于冥王星的旋转速度比冥卫一所能跟上的速度快,这两个天体开始缓慢地分离。发生的事情是你在引入一个扭矩。这是物理学。这是力学,对吧?冥王星,你有一个角分量,对吧?冥王星开始向外扭转冥卫一。正因为如此,它建立了这个近圆形轨道,对吧?

之前的轨道之所以如此偏心,是因为冥卫一以一定角度飞来,然后经过冥王星,对吧?在流体情况下,它们不会合并。冥卫一撞击冥王星,然后开始像熔岩灯中的斑点一样变形,在其整个维度上发生剪切。所以整个冥卫一几乎都被拉开了,对吧?

然后它能够将自己重新组合在一起,然后再次向冥王星靠近,作为一颗卫星被捕获。但正因为如此,整个过程

是相当椭圆的。你最终会得到一个更偏心的轨道,然后必须圆化。在这种情况下,由于冥王星和冥卫一实际上是相互连接的,当冥王星将冥卫一推开并将其送入轨道时,轨道是相对圆形的。这说得通吗?是的,实际上。这确实很有道理。这两个天体之间的接触是关键,理解它没有完全熔化和撕裂将改变发生的方式。这说得通。

但我肯定,在这次撞击期间,甚至在它们“亲吻捕获”的时刻,冥卫一可能在这个过程中失去了一些质量。它确实失去了,但没有你想象的那么多。所以在冥卫一实际上被剪切成碎片的先前情况下,它会损失很大一部分质量变成碎片。

但我们发现,当两个天体都具有物质强度时,它们会保持其结构完整性。它们相互碰撞。而大部分质量损失实际上是冥卫一留下了它自身的一部分在冥王星上。它失去了一小部分核心。所以它的岩石核心卡在了冥王星的地幔中。类似于溅射物的情况,对吧?如果你在冥王星的冰质地幔中留下一些岩石,它会慢慢下沉。

并添加到冥王星核心的顶部。然后冥卫一也失去了一些冰,一部分给了冥王星,但当这两个天体旋转并且冥卫一旋转,试图跟上冥王星时,它们是连接在一起的。一些冰从冥卫一未与冥王星连接的远侧剥离并抛入碎片环中。你无法在论文或视频的图像中看到这一点,因为我们对系统进行了如此近距离的缩放。我们没有关注这一点。但如果你放大,这些碎片......

大部分实际上都被系统捕获了。其中一些会返回并再次与冥卫一或冥王星碰撞,但其余部分则形成了位于冥卫一轨道之外的碎片环。

这解释了系统中的其他四颗卫星吗?也许吧。冥王星还有四颗其他卫星,但它们非常小。当我说非常小的时候,我的意思是比冥卫一小了好几个数量级。我认为冥卫一的质量约为10的21次方千克。所以冥王星约为10的22次方千克。冥卫一约为10的21次方千克。

这是一个很好的参考方法,对吧?它们很相似。它们很接近。好吧,尼克斯、斯提克斯、刻耳柏洛斯和许德拉......

的数量级为10的15次方到10的16次方千克。这比21和22小得多,对吧?我们说的是小了好几个数量级。这些小家伙是土豆。这是外太阳系类型的形态,你看到这些小家伙。我这么说并不是为了贬低它们。我认为这很棒。我认为我们也应该有冰土豆卫星以及岩石土豆卫星。我认为新视野号拍摄到的这些图像非常漂亮。

话虽如此,对于我的模拟来说,这是一个分辨率问题。我目前无法获得足够的计算能力来以足够高的分辨率运行这些模拟,以充分解析这么小的卫星。我可以说的是,我们将一些物质送入碎片盘中,然后这些物质可以聚结形成这些卫星,但我目前还不能明确地说,因为我需要......

你拥有的最大计算机。如果你给我你拥有的最大计算机,我保证只用它让冥王星和冥卫一亲吻彼此。不是为了邪恶。不是为了邪恶。这是,我是一股向善的力量。

所以它们飞来,它们进行这个“亲吻”,现在它们处于这个美好的小圆形舞蹈中。但在我们有这些非常具有世界末日色彩的、猛烈碰撞的情况下,它确实改变了系统的化学性质。能量学、一切混合在一起的方式真的可以改变一些事情。它们会互相改变。但在这种情况下,我们有这种缓慢滚动,能量较小的碰撞。你确实说过一些物质来自冥卫一,最终

位于冥王星上。但这些天体有多少被这个过程改变了?我们还能认为它们主要是我们在太阳系早期看到的相同原始物质吗?

这就是为什么这篇论文被称为“围绕冥王星捕获古老的冥卫一”,因为这两个天体没有经历我们在冥王星和冥卫一被近似为流体的情况下看到的这种强烈的变形,但它们也没有经历地月碰撞的强烈戏剧性事件,物质被熔化,物质被汽化。记住,它们的碰撞速度为每秒一公里。

就像我说的,冥王星冰壳的平均温度升高约为80开尔文。它需要将固态冰变成液态冰,我们也称之为水。它可以驱动冥王星上海洋的形成。但就更剧烈的变化而言,只是碰撞并不那么剧烈。冥王星和冥卫一相互碰撞。

交换少量物质,但它们保留了最初的形态和最初的成分。所以冥卫一带着它拥有的任何大小的岩石核心和冰壳而来。冥王星一开始就拥有它拥有的任何岩石核心和冰壳,然后它们碰撞。冥卫一留下了非常小的一部分,在某些情况下少于5%,在某些情况下少于1%的质量在冥王星上,并失去了一些质量变成碎片。

但你开始拥有的东西大部分都是你最终拥有的东西。所以是的,如果这是真的,如果这就是发生的事情,如果冥王星通过“亲吻”捕获了冥卫一,那么这两个天体都形成于太阳系早期,我们正在观察最初形成过程的遗迹。

回到那里,用全光谱的荣耀检查这两个天体的成分,以及所有卫星的大小,这将是如此酷的事情,因为我认为这可以教会我们很多关于系统形成方式的知识。但同时也要知道,自从我们太阳系诞生以来,它们基本上没有发生变化。这是一个关键信息,可以教会我们很多关于我们太阳系形成方式的知识。哦,绝对的。是的。

需要记住的是,冥王星和冥卫一在柯伊伯带中并不是真正孤独的,对吧?冥王星不再是一颗行星的全部原因是,还有其他与冥王星大小相似的柯伊伯带天体。但问题是,很多天体也拥有相当大的卫星。十大最大的柯伊伯带天体中有八个在那里有一个小家伙。它们有一个大的质量分数卫星。

有阋神星及其卫星迪丝诺米娅。有妊神星及其两颗卫星希亚卡和娜玛卡。有鸟神星和它的卫星范思。没有人考虑鸟神星和范思,但我考虑。好吧,你在这篇论文中也考虑了。我在这篇论文中考虑了。你将这个模型应用于鸟神星和范思。为什么你会选择这个例子?

你知道,仅仅是因为我真的很想提高鸟神星和范思在研究界的知名度。这不是真的。好吧,这有点是真的。但是鸟神星和范思有一个很酷的特点,那就是它们的质量比与冥王星和冥卫一相似。它们只是小得多。鸟神星和范思大约是冥王星和冥卫一大小的40%。所以它提出了一个有趣的问题,好吧,如果十大最大的柯伊伯带天体中有八个拥有大的质量分数卫星,

“亲吻捕获”每次都会发生吗?这就是它发生的方式,还是会发生其他事情?而这只是一个巧合。所以我们所做的是将冥王星和冥卫一的质量缩小到其质量的40%,然后倒带播放。我们发现,同样的过程,“亲吻捕获”,可以适用于鸟神星和范思,这是一个小得多的系统。而且

这是一个相当有希望的发现,表明这个过程,“亲吻捕获”,可能在太阳系早期的柯伊伯带各地都发生过。我们已经看到了这么多接触双星,也许它们只是没有正确旋转以实际分离。没错,是的。是的,厄里克索斯是外太阳系中其他接触双星的一个很有希望的观察对象。是的,这很酷。

但是,你知道,我们对那个系统仍然有很多不了解的地方。正如你所说,你只有这么多的计算能力来做到这一点。那么,你认为“亲吻捕获”过程的哪些方面需要进一步探索呢?好吧,这与其说是过程,请打进来,把你的电脑给我,我会用它们炸毁冥王星。这与其说是“亲吻捕获”过程,我们正在慢慢开始理解它。但之后会发生什么,对吧?理解“亲吻捕获”是否发生的关键是

能够更好地将其与我们今天关于冥王星和冥卫一地质的信息联系起来。为了理解这一点,我们必须收集一些缺失的部分。在我的模拟结束时,大约已经过去了60个小时。对冥王星和冥卫一来说,这几天真是疯狂。

冥卫一正在缓慢地向外迁移。但问题是冥卫一会在地质时间尺度上向外迁移。我说的是数千年,对吧?而我的模拟旨在处理在几秒钟到几小时内发生的撞击。所以我们无法追踪之后发生的事情。下一步是说,好吧......

冥王星和冥卫一的潮汐力如何?随着冥卫一缓慢向外移动,这如何影响它们在地质时间尺度上的热历史?我们能否将其与我们今天在冥王星和冥卫一表面看到的现象联系起来?所以下一步实际上是超越最初的“亲吻捕获”,看看它对冥王星和冥卫一的地质和动力学影响。为了更好地理解这一点,你会寻找哪些地质特征或事物?

好吧,我们想了解冥王星的海洋是在什么时候形成的。为此,我们想看看巨大山脊槽系统形成的时间。然后从那里,当史泼尼克平原形成并再次与冥王星碰撞时会发生什么,以及这如何改变冥王星的内部结构。因为如果它是溅射物,那么冥王星根本不需要有海洋,对吧?所以也许冥王星冷却得太快了,也许没有。

很难说,对吧?然后,当然,另一部分是冥王星假定的冰火山点,它有一些位于史泼尼克平原以南,一些位于西部,并确定,好吧,是否存在足够的潮汐应力?如果你加热冥王星,然后把它放在很大的潮汐压力下,这是否足以

驱动液态水穿过冰壳,从而实际产生这种冰火山活动。所以这产生了一系列有趣的测试案例,看看,好吧,现在我们有了比以前考虑的更多的压力,它是否更容易发生冰火山活动,或者不会?你计划继续进行这种研究,还是有其他你想在你的模拟中炸毁的东西?

我想看看一些与冥王星和冥卫一类似但略有不同的系统,对吧?仅仅是为了真正看看“亲吻捕获”是否可以在整个柯伊伯带发生,这意味着要看看我们不太了解的一些其他系统,例如阋神星及其卫星迪丝诺米娅。

阋神星的质量大于冥王星,但其卫星的质量小于冥卫一。所以你有一个系统,阋神星有更多的岩石,但它的卫星更小,并且有更多的冰。那么它在这个系统中仍然有效吗?妊神星呢?妊神星有两颗卫星。

一个环和一个碰撞家族,当我们撞击某物并释放出大量碎片,然后这些碎片在柯伊伯带中向外传播时,我们称之为碰撞家族。它拥有所有这些。在这种情况下,“亲吻捕获”有效吗?这些是我感兴趣的问题,尽管我也非常感兴趣地质演化部分。我不是动力学家。我不会潮汐力。我正在与其他人合作,试图将这部分工作推进下去,但我

非常好奇这在外太阳系是如何运作的。这是一个全新的想法,就像直接从头顶上冒出来的。所以这听起来可能很可笑。但我前几天和某人谈论的事情之一是,你知道海王星是如何捕获海卫一的?是的。好吧,海卫一曾经是一个双星系统,或者我们认为是这样。所以

真的吗?我还没听说过这个。显然,如果海王星能够,这不是技术术语,如果海王星能够从双星系统中“抢走”海卫一,那么动力学就容易得多。

我甚至从未考虑过。我的意思是,海卫一有很多奇怪的事情。它反向旋转的事实,所有这些有趣的事情。但是的,现在我必须打电话给一位海卫一专家来了解更多信息。但同样,另一个我们需要返回以获取更多信息的系统。我们真的需要。海卫一。海卫一的图像太少了。

但另一个可能拥有地下海洋的世界,正在做所有这些奇怪的事情,可能是一个被捕获的柯伊伯带天体,而我现在正在学习,可能在那里有一个邪恶的双胞胎或一个邪恶的朋友正在巡航。是的,被从它的朋友身边拉走了。对。它很幸运不是冥王星和冥卫一。我很高兴它们在一起。是的。

我也是。现在我们更了解它们是如何形成这种奇怪而非常可爱的关系的。是的。而关于这个系统还有很多东西需要学习。所以每个人都长期锁定,等待我们有一天将发射的冥王星轨道器。无论是在这个十年还是100年后,它都会发生。我们将了解更多关于这些系统的知识,这将让我们大吃一惊。确实如此。是的。

好吧,感谢你进行这项研究,也感谢你拥有有史以来最酷的工作之一,能够坐在那里炸毁世界,看看我们能否拼凑出我们太阳系的历史。这是一种非常酷的消磨时间的方式。我真的很享受它。我会继续炸毁各种外太阳系天体,直到有人告诉我停止。所以请不要告诉我停止。这是我的热情。

好吧,当你带着关于这些其他天体形成方式的一些很酷的新信息回来时,请告诉我,因为我现在已经参与进来了。好的。我认为我正在关注天王星的卫星和土星的卫星,所以我会汇报的。那里发生了很多奇怪的事情。卫星可能互相撞击了,所以......

太酷了。还有很多东西需要学习。好吧,感谢你回来,阿迪恩。祝你在未来的研究中好运,用太阳系奇怪的历史让我们大吃一惊。感谢你邀请我。我一直认为冥王星和冥卫一很可爱。但现在我知道宇宙“亲吻捕获”参与其中,我提名冥王星和冥卫一为太阳系中最可爱的情侣。如果它们实际上曾经是一个接触双星系统,那将是一个非常有趣的场景。

这是我们的首席科学家布鲁斯·贝茨博士。我们将在“最新消息”中聊聊我们恒星附近其他接触双星的情况。嘿,布鲁斯!嗨,莎拉!在我们深入探讨这个问题之前,我想问你:你是把它发音为“夏农”还是“卡伦”?所以我通常把它发音为“夏农”,但有时是“卡伦”,有时是“嘿,你”,有时是“不,别拿我的硬币!”这是一个对神话和冥河的模糊引用。

真的,我的意思是,有很多通过不同的媒体对这个角色的描述。在许多游戏中,我不得不付给那个人一些硬币。所以总是把一些硬币放在你的口袋里,以防万一。不,但这是一个非常酷的世界。这是一个如此迷人的系统。是的。

它变得越来越奇怪了,伙计。我知道夏农和冥王星,它们之间有着这种美丽的关系,冥王星上的托兰吹到夏农上并把它染成红色的方式,以及它们潮汐锁定的方式。这个系统有很多值得爱的地方。但这是我第二次邀请迪恩·登顿来节目,现在我发现,我的意思是,这取决于这个系统的这种建模是否正确。

但他们的团队的数字表明,冥王星和冥卫一在分离之前是一个接触双星系统。这绝对是疯狂的。你在说什么,威利斯?我知道,对吧?所以显然他们有这个......

它们彼此碰撞,在极短的时间内猛烈撞击。它们变成了这种接触双星。然后,冥卫一旋转脱离,进入这个圆形轨道并远离。现在它们彼此之间有着这种美丽的、小小的关系。但有一瞬间,情况真的很奇怪。这真的很奇怪。我的意思是,它们始终完全潮汐锁定,彼此面向同一面,这仍然很奇怪,对吧?

这很古怪。我真的很喜欢阅读这篇论文。而且就像所有这些事情一样,我的意思是,我们只飞越过冥王星一次。我们关于该系统的信息非常有限。我们根据建模以及材料强度等参数进行假设。因此,这种情况可能并非如此。

但是,你知道,从中得出的许多数学结果以及对系统如何运作的解释,比以往任何建模都更一致。所以,我想象一下,如果太阳系历史上曾有过它们是接触双星的时刻?这能教会我们什么......然后它们是,然后它们不是。没错。哇。哇。

在过去的一年中,我一直在思考接触双星,主要是因为露西号任务正在前往特洛伊小行星,以及对迪坎尼什微小的双叶卫星的发现。他们不太确定这种双叶小卫星是如何形成的。很有可能,构成它的物质是从小行星上抛射出来的,然后变成了小行星周围的两个物体,然后又重新结合在一起。

所以我认为有很多有趣的......

这里涉及这些较小行星的物理现象,它们正在抛射出物质。我想知道我们是否更有可能在这些较小规模的小行星周围发现这种双叶卫星状的东西。有趣。哦,不,在我们观察大量这类天体之前,它们只是奇怪的,或者我应该说是非直观的物理现象,发生在较小行星或那种天体上,因为我们习惯于......

我们的大朋友,它有很大的引力,你会得到那些引力足以将物体结合在一起的小岩石,但它们恰好处于边界线上。因此,你最终会得到像碎石堆和接触双星这样的奇怪东西。我实际上在节目中提到过,如果某个东西足够大,

你最终会遇到一种情况,在流体静力平衡下,它会变成一个球体,对吧?是的。在这种情况下,这些物体太小了,但我突然想到我没有定义流体静力平衡是什么,或者为什么较大的物体更有可能变成球形物体,而不是仅仅是这些双叶状的奇怪土豆卫星。所以,是的,流体静力平衡,播客中最快的做法是不深入物理细节,

而是深入概念性物理学,那就是最终当你得到足够大的东西时,将所有东西都拉向中心的自身引力最终会通过任何陆地侧移和事物过程来使事物变得圆润,因为你的引力足够大,以至于所有东西都想相对等势,体验相同的引力。这取决于材料的强度,但对于小行星来说,它高达

数百公里直径,这就是为什么所有行星都是圆形的,所以这是引力与材料强度之间的平衡,这就是流体静力平衡,但你得到任何小于这个的东西,你就会得到这些土豆......土豆看起来很奇怪,并且结合在一起,

这就是我们得到小行星各种不同形状的原因。尽管我们在其中一些小行星中看到了一些非常相似的形状,这大概也是一个物理现象。我迫不及待地想看到未来几年所有这些飞船前往调查小行星后获得的所有这些图像。我相信我们会发现一些更奇怪的土豆。这就是空间计划在涉及小行星、小天体、奇怪土豆时的目标。有人需要为它们制作贴纸。总之......

好的。你准备好享受乐趣了吗?让我们开始吧。我的意思是,我们一直在玩得很开心,但我们继续......鲁,鲁,鲁,没有太空旗帜。鲁鲁,拉吉。鲁鲁。

天文学和行星科学中有一些有趣的术语,我最近遇到的一种术语大多是官方的,但实际上并非如此,那就是吸血鬼恒星。你熟悉......吸血鬼恒星吗?不。不。

正如我所说,它有点非官方,但它的概念是它们正在吸取一颗恒星的生命,所以它们在一个双星系统中。它可能像一颗白矮星,基本上是一颗已经耗尽的恒星,这不是技术术语,它已经用完了燃料,它没有进行核反应,但它徘徊在另一颗恒星附近,或者可能是一颗红巨星,它最终会形成一种情况,它会从中吸取物质,然后它可以

所以他们使用术语“吸血鬼恒星”。至少那些比较古怪的人是这样用的。我喜欢这个。这是一个非常具有描述性的术语。我下次谈论Ia型超新星时,必须提到这一点。给你。这就是你的吸血鬼恒星的例子。这就是我所说的。我相信它们有更正式的术语,但我喜欢“吸血鬼恒星”。太棒了。万圣节期间我们需要一些粉丝艺术。

大家好,出去看看夜空,想想你需要多大的木桩才能穿过一颗吸血鬼恒星来杀死那家伙。而且,你知道,它们有点闪闪发光。它们是那些闪闪发光的吸血鬼之一。谢谢大家,晚安。我们本周的行星广播节目到此结束,但我们下周将继续带来更多太空科学和探索内容。

如果你喜欢这个节目,你可以在planetary.org/shop购买行星广播T恤,以及许多其他很酷的太空商品。通过在Apple Podcasts和Spotify等平台上留下评论或评分,帮助其他人发现太空科学和探索的热情、美丽和快乐。你的反馈不仅能让我们开心,还能帮助其他好奇的人通过行星广播找到他们在太空中的位置。你也可以通过电子邮件向我们发送你的太空想法、问题和诗歌。

[email protected]。或者,如果你是一位行星协会会员,请在我们的会员社区应用程序中的行星广播空间中留言。行星广播由加利福尼亚州帕萨迪纳的行星协会制作,并由我们来自世界各地的忠实会员支持。Mark Hilverda和Ray Paoletta是我们的副制片人。Andrew Lucas是我们的音频编辑。

Josh Doyle创作了我们的主题曲,由Peter Schlosser编曲和演奏。直到下周,Ad Astra。