在新视野号发回的冥王星照片中，最引人瞩目的亮点无疑是那个巨大的心形地貌。这颗聚焦着全世界目光的“冥王星之心”，甚至可能像木星的大红斑或者土星的行星环那样，就此成为人们对这颗星球的经典印象。


这么一个鬼斧神工的地貌究竟是如何形成的？新视野号团队的研究成员凯里·利瑟（Carey Lisse）在接受采访时这样告诉媒体1：它可能是一片广袤的“雪原”。只不过此雪非彼雪——新视野号的遥感探测表明，这片区域的主要成分是氮，而并非像地球上的雪那样，主要是由水构成。


在捷报频传的惊喜之余，或许会有这么3个问题萦绕着你我的好奇心：为什么科学家倾向于把“冥王星之心”解释为雪原？冥王星上又怎么会下雪？为什么下雪后恰好形成这么个心形？


当揭开太阳系早期历史时，你就会发现，冥王星上会发生些什么事情，其实早在46亿年前它诞生之时，就“冥冥注定”地写在这颗星球内在的历史之中了。


冥王星的诞生


新视野号在飞掠冥王星时，半定量地测定了它表面的化学组成——主要是固体的氮、冰、以及少量的甲烷和一氧化碳。这些成分，可能和不少人印象中的冥王星形象有一些差异。毕竟，在最直观的印象里，冥王星不应该是个石头疙瘩才对吗？


现实情况是：不光冥王星，甚至整个柯伊伯带充斥着的无数大大小小的天体，主要成分都不外乎是冰、甲烷、氨气这类熔点极低、在地球的常温下甚至不可能维持固态的的物质。而经典印象中的“石头”，在柯伊伯带的物质比例里反而不占优势。物质成分的显著分化，简直就如同被人为精挑细选过一样。如果好奇这是怎么回事的话，不妨把时间拨回到太阳系历史的原点。答案，就在这里。


我们知道，当太阳尚未形成之时，整个太阳系只是一团混沌的原始星云，没有明显的引力或者温度中心，物质分布要相对平均得多。后来，星云里发生了引力坍缩，太阳出现了。这个灼热的大火球一经诞生，便形成了一个辐射范围巨大的温度梯度场。这个温场，在46亿年的浩瀚时空中雄辩地捍卫着这么一句大实话——越靠近太阳，温度越高。


于是呢，那些离太阳比较近的低熔沸点物质（像上面提到的冰啊、甲烷啊、氨啊…… 等等）就被统统蒸发成气态，并被幼年太阳强烈的太阳风给吹向外侧空间。太阳风一直吹着这些气体分子远离太阳，直到温度低于它们凝固点的地方，气体才纷纷结晶凝固，凝华为无数的尘埃。从气体变为固体导致比重增加。当太阳风已经不足以再推动这些变重的尘埃时，它们便大量聚集下来。


就这样，在很长一段时间内，年轻的太阳扮演的便是这么一个整理者的角色。它用自身的温度，将围绕它旋转的尘埃盘分出了一个截然分明的带序——近处，由熔点高、比重大的岩石类物质组成，是为岩屑带；而外侧的，则由这些在熔点低、比重小的物质组成，是为冰尘带。


当不同带别“尘埃落定”之后，各个带内的尘埃便互相吸引、碰撞、增生，开始朝着成熟行星的方向一步步演化了。演化的过程是一个正反馈。初步聚合成的物质叫星子。某些星子的质量占据优势，它的引力便可以吸附周边的尘埃，吸附后自身引力变得更大，从而得以吸引更多的物质。不同的星子之间相撞，还会发生质量的直接倍增。那个年代的太阳系俨然就是一场大型滚雪球。滚到最后的结局，大部分尘埃都没有了。取而代之的是，岩屑带里就此多了4个岩石行星：水星、金星、地球、火星；而冰尘带里则诞生了4个气体巨人：木星、土星、天王星、海王星。


冰尘带那些大行星比较霸道。由于它们质量巨大，沿着轨道转上若干圈，那些沿途的大量“小冰块”们，不是被吸附，就是被弹飞（想想新视野号进行引力加速的原理）。这些小行星中，一些被弹到内带，不是被太阳蒸发掉，就是砸向四大岩石行星；而另一些则被弹到了外侧，安顿在了比大行星们更加靠外的地方，也就是柯伊伯带。这便是今天的柯伊伯带主要由大量冰尘物质构成的原因了。


太阳系的海王星轨道以外，存在大量由冰构成的小天体，这一区域被称为柯伊伯带。冥王星是柯伊伯带中已知个头最大的天体。


冥王星自身的演化


在柯伊伯带这个由“被弹飞的家伙们”所组成的区域里，冥王星是（目前已发现的）当之无愧的“老大”。它的体型已经说明了一切——它是为数不多具有球体外观的柯伊伯天体，而球体外观，则是一颗星球的引力大到足以达到静力平衡的标志。这样的星球，将不可避免发生成分的重力分异。


什么是重力分异？地球就是最有代表性的例子。在地球内部，不同的成分严格按照自身的比重大小，从内到外依次排列成截然分明的圈层——从最深处的铁质地核、到镁铁质的地幔、再到硅铝质地壳、以碳为主的地表生物圈，以氮为主的大气层，直至更外侧以游离的氢为主的外层大气。


冥王星的原理跟地球相同。不一样之处在于，作为冰尘带天体，它的整体成分要轻一些。于是，科学家推测它有一个岩石质的“地核”、一个冰质的地幔、以及一个主要由固体氮组成的“地壳”2——也就是新视野号当下实际拍摄到的地表图像。


我们知道，只要不是绝对零度，任何物质的表面都不可避免会发生扩散现象。冥王星表面再冷也不例外。比月亮还小的冥王星，它的引力虽然无法清空公转轨道上的其他成员（当年就是这么从行星宝座上被拉下来的），但把地表升华的氮蒸汽吸附在表面，这点小事还是可以做到的。于是，它的表面，好歹也算糊了那么一层稀薄的“大气”3。


长期以来，大气氮的凝华速率和固体氮的升华速率之间不免要达到平衡。但是，这个平衡并不是岿然不动的。直观便可想到，最大的影响因素是温度。


观察冥王星的轨道可以发现，它到太阳的距离是会大幅度变化的。冥－日距离的变化，足以让它的地表温度发生显著变化，并进一步调整凝固和升华的平衡。怎么调节呢？暖和一点时，更多的固体氮升华进入大气；冷一点时，更多的氮气凝华落回地壳。瞧，“冥土之雪”就这么产生了。


在这段新视野号飞掠冥王星的预告片里，就有冥王星上飘落雪花的场景。视频来源：美国国家太空协会


至于为什么降下来的雪正好形成了心形？老实说，没有人知道。毕竟照片才发回来不到两天，进行进一步推测的数据量还不太够。新视野团队在当下阶段给出的可能解释之一是：它是冥王星表面由于小天体撞击而产生的冲击坑1。


笔者在这儿不妨大胆猜测一下：当氮雪沉降在冥王星高低错落的地表上之后，如果这些未固结的积雪很偶然地受到斜坡失稳或者别的什么内部/外部因素扰动的话，就触发了沉积学行为——雪是密度流，而任何流体都倾向于“水往低处流”。流进并充填陨击坑之后，由于陨击坑的轮廓使然，便恰好形成了心形。


冰冷的心并不是永恒的。离太阳更近，它说不定就会化掉，如果再次接受天体碰撞，它则可能会碎掉，但故事巧就巧在——人类的信使跨越了将近10年，偏偏在它存在的这个时间节点里，与它完成了最终的相遇。万物之理的必然、阴错阳差的偶然；在时光中交织成了这个在惊喜中带着些许浪漫的故事。


纵然时光流逝，纵然天地沧桑，已经发生的故事却是永远不会改变的——冥王星之心，它是某一场邂逅曾经存在过的证明；它是某位伟大的旅人，曾经到访至此的证明。

感想：话说现在冥王星又回来了，还看见它的真实形态